特許 7561665 ガスタービンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】ガスタービンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02C 3/045 20060101AFI20240927BHJP

   F02C 7/08 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

F02C3/045

F02C7/08 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021043564

(22)【出願日】2021-03-17

(65)【公開番号】P2022143177

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100194087

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 伸一

(72)【発明者】

【氏名】玉田 俊一郎

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２１３０４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１５２８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２８３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－０４０５３２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ １／００ － ９／５８

Ｆ２３Ｒ ３／００ － ７／００

Ｆ０１Ｄ １３／００ － １５／１２

Ｆ０１Ｄ ２３／００ － ２５／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一圧縮機及び前記第一圧縮機と一体回転する第一タービンを有する第一ガスタービン要素と、
第二圧縮機及び前記第二圧縮機と一体回転する第二タービンを有する第二ガスタービン要素と、
前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素にそれぞれ接続される単一の燃焼器と、
前記第一圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第一圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の吸気口へ流通させる第一供給管と、
前記第二圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第二圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の前記吸気口へ流通させる第二供給管と、
前記第一圧縮機の出口と前記第二圧縮機の入口とを連通する圧縮機連通管と、
前記燃焼器から排出されて前記第一タービンへ流入した流体を外部へ排出させる第一排出管と、
前記燃焼器から排出されて前記第二タービンへ流入した流体を外部へ排出させる第二排出管と、
前記第一供給管及び前記第二供給管を流通する低温流体と、前記第一排出管及び前記第二排出管を流通する高温流体と、がそれぞれ流通可能であり、かつ前記低温流体と前記高温流体との間で熱交換させる熱交換器と、
前記第一供給管に設けられ、前記第一供給管内の空気の流通を遮断可能な第一開閉弁と、
前記第二圧縮機の入口よりも空気の流通方向の上流側に設けられ、前記第二圧縮機への空気の流入を遮断可能な第二開閉弁と、
前記圧縮機連通管に設けられ、前記圧縮機連通管内の空気の流通を遮断可能な第三開閉弁と、
を備えることを特徴とするガスタービンシステム。

【請求項2】

前記燃焼器と前記第一タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された流体を前記第一タービンへ流通させる第一出口管と、
前記燃焼器と前記第二タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された流体を前記第二タービンへ流通させる第二出口管と、
前記第二排出管と前記第一出口管とを連通するタービン連通管と、
前記第二排出管と前記タービン連通管との接続部に設けられ、前記タービン連通管内への流体の流通を遮断可能な第四開閉弁と、
前記第一出口管と前記タービン連通管との接続部に設けられ、前記タービン連通管から前記第一タービンへの流体の流通を遮断可能な第五開閉弁と、
を備え、
前記第四開閉弁及び前記第五開閉弁は、三方弁であり、
前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素に対する要求出力が所定値より大きい大出力運転モードのとき、前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を開くとともに前記第三開閉弁を閉じ、前記タービン連通管への流体の流通を遮断して前記第二排出管内を流体が流通するように前記第四開閉弁が開閉され、前記タービン連通管から前記第一出口管への流体の流通を遮断して前記第一出口管内を流体が流通するように前記第五開閉弁が開閉されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンシステム。

【請求項3】

前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素に対する要求出力が前記所定値より小さい小出力運転モードのとき、前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を閉じるとともに前記第三開閉弁を開き、前記第二排出管から前記タービン連通管へ流体が流通するとともに前記第二排出管から外部への流体の排出を遮断するように前記第四開閉弁が開閉され、前記タービン連通管から前記第一出口管へ流体が流通するとともに前記第一出口管において前記燃焼器から前記第一タービンへの流体の流通を遮断するように前記第五開閉弁が開閉されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンシステム。

【請求項4】

第一圧縮機及び前記第一圧縮機と第一回転軸を介して接続されて前記第一圧縮機と一体回転する第一タービンを有する第一ガスタービン要素と、
第二圧縮機及び前記第二圧縮機と第二回転軸を介して接続されて前記第二圧縮機と一体回転する第二タービンを有する第二ガスタービン要素と、
前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素にそれぞれ接続される単一の燃焼器と、
前記第一圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第一圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の吸気口へ流通させる第一供給管と、
前記第二圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第二圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の前記吸気口へ流通させる第二供給管と、
前記燃焼器と前記第一タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された空気を前記第一タービンへ流通させる第一出口管と、
前記燃焼器と前記第二タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された空気を前記第二タービンへ流通させる第二出口管と、
前記第一タービンから排出された流体を外部へ排出させる第一排出管と、
前記第二タービンから排出された流体を外部へ排出させる第二排出管と、
前記第一供給管及び前記第二供給管を流通する低温流体と、前記第一排出管及び前記第二排出管を流通する高温流体と、がそれぞれ流通可能であり、かつ前記低温流体と前記高温流体との間で熱交換させる熱交換器と、
を備え、
前記第一ガスタービン要素は、前記第一回転軸に接続されるとともに、前記第一回転軸の軸方向において前記第一圧縮機と前記第一タービンとの間に配置される第一発電機を有し、
前記第二ガスタービン要素は、前記第二回転軸に接続されるとともに、前記第二回転軸の軸方向において前記第二圧縮機と前記第二タービンとの間に配置される第二発電機を有することを特徴とするガスタービンシステム。

【請求項5】

前記第一供給管に設けられ、前記第一供給管内の空気の流通を遮断可能な第六開閉弁と、
前記第一出口管に設けられ、前記第一出口管内の空気の流通を遮断可能な第七開閉弁と、
前記第一排出管に設けられ、前記第一排出管内の空気の流通を遮断可能な第八開閉弁と、
前記第二供給管に設けられ、前記第二供給管内の空気の流通を遮断可能な第九開閉弁と、
前記第二出口管に設けられ、前記第二出口管内の空気の流通を遮断可能な第十開閉弁と、
前記第二排出管に設けられ、前記第二排出管内の空気の流通を遮断可能な第十一開閉弁と、
を備え、
出力値が所定値よりも大きい第一運転モードと、出力値が前記所定値より小さい第二運転モードと、に切り替え可能であり、
前記第二運転モードにおいて、前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素の一方の動作を停止するとともに、前記停止されたガスタービン要素に接続される供給管、出口管及び排出管に設けられる開閉弁を閉じることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンシステム。

【請求項6】

前記燃焼器は、
前記第一供給管と接続される第一吸気口と、
前記第二供給管と接続される第二吸気口と、
前記第一出口管と接続される第一排気口と、
前記第二出口管と接続される第二排気口と、
前記燃焼器の内部に設けられる遮蔽壁と、
を備え、
前記遮蔽壁は、前記第一吸気口及び前記第一排気口に連通する第一空間と、前記第二吸気口及び前記第二排気口に連通する第二空間と、に前記燃焼器内の空間を仕切ることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のガスタービンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、航空機等の機体に搭載され、機体を推進させるための動力源としてのガスタービンエンジンを用いたガスタービンシステムの構成が知られている。これらのガスタービンシステムでは、例えば離着陸などの高負荷時に高出力を得るための技術が種々提案されている。

【0003】

例えば特許文献１には、複数の圧縮機と複数のタービンとを複数の回転軸にそれぞれ直結し、複数の圧縮機からの圧縮空気を単一の燃焼器に供給する構成が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、複数の圧縮機から単一の燃焼器へ圧縮空気を供給することで、離着陸などの高負荷時に高出力を得ることができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２１３０４８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、複数の圧縮機及びタービンと、単一の燃焼器と、を単純に組み合わせた特許文献１に記載の技術にあっては、高負荷時に大出力を発生させやすいが、例えば航空機の巡航時等の低負荷時には無駄な燃料消費が発生するおそれがあった。これにより燃費が低下するおそれがあった。また、ガスタービンエンジンは、他の内燃機関と比較して熱効率が低下しやすいため、さらに燃費が低下するおそれがあった。
よって、特許文献１に記載の技術にあっては、燃費を向上させる点において課題が残されていた。

【0006】

そこで、本発明は、従来技術と比較して燃費を向上したガスタービンシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るガスタービンシステム（例えば、第１実施形態におけるガスタービンシステム１）は、第一圧縮機（例えば、第１実施形態における第一圧縮機２１）及び前記第一圧縮機と一体回転する第一タービン（例えば、第１実施形態における第一タービン２２）を有する第一ガスタービン要素（例えば、第１実施形態における第一ガスタービン要素２）と、第二圧縮機（例えば、第１実施形態における第二圧縮機３１）及び前記第二圧縮機と一体回転する第二タービン（例えば、第１実施形態における第二タービン３２）を有する第二ガスタービン要素（例えば、第１実施形態における第二ガスタービン要素３）と、前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素にそれぞれ接続される単一の燃焼器（例えば、第１実施形態における燃焼器４）と、前記第一圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第一圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の吸気口（例えば、第１実施形態における第一吸気口４１）へ流通させる第一供給管（例えば、第１実施形態における第一供給管６１）と、前記第二圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第二圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の前記吸気口（例えば、第１実施形態における第二吸気口４２）へ流通させる第二供給管（例えば、第１実施形態における第二供給管６２）と、前記第一圧縮機の出口（例えば、第１実施形態における出口２１ｂ）と前記第二圧縮機の入口（例えば、第１実施形態における入口３１ａ）とを連通する圧縮機連通管（例えば、第１実施形態における圧縮機連通管６３）と、前記燃焼器から排出されて前記第一タービンへ流入した流体を外部へ排出させる第一排出管（例えば、第１実施形態における第一排出管６６）と、前記燃焼器から排出されて前記第二タービンへ流入した流体を外部へ排出させる第二排出管（例えば、第１実施形態における第二排出管６７）と、前記第一供給管及び前記第二供給管を流通する低温流体と、前記第一排出管及び前記第二排出管を流通する高温流体と、がそれぞれ流通可能であり、かつ前記低温流体と前記高温流体との間で熱交換させる熱交換器（例えば、第１実施形態における熱交換器５）と、前記第一供給管に設けられ、前記第一供給管内の空気の流通を遮断可能な第一開閉弁（例えば、第１実施形態における第一開閉弁７１）と、前記第二圧縮機の入口よりも空気の流通方向の上流側に設けられ、前記第二圧縮機への空気の流入を遮断可能な第二開閉弁（例えば、第１実施形態における第二開閉弁７２）と、前記圧縮機連通管に設けられ、前記圧縮機連通管内の空気の流通を遮断可能な第三開閉弁（例えば、第１実施形態における第三開閉弁７３）と、を備えることを特徴としている。

【0008】

また、請求項２に記載の発明に係るガスタービンシステムは、前記燃焼器と前記第一タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された流体を前記第一タービンへ流通させる第一出口管（例えば、第１実施形態における第一出口管６４）と、前記燃焼器と前記第二タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された流体を前記第二タービンへ流通させる第二出口管（例えば、第１実施形態における第二出口管６５）と、前記第二排出管と前記第一出口管とを連通するタービン連通管（例えば、第１実施形態におけるタービン連通管６８）と、前記第二排出管と前記タービン連通管との接続部（例えば、第１実施形態における中途部５９）に設けられ、前記タービン連通管内への流体の流通を遮断可能な第四開閉弁（例えば、第１実施形態における第四開閉弁７４）と、前記第一出口管と前記タービン連通管との接続部（例えば、第１実施形態における中途部５８）に設けられ、前記タービン連通管から前記第一タービンへの流体の流通を遮断可能な第五開閉弁（例えば、第１実施形態における第五開閉弁７５）と、を備え、前記第四開閉弁及び前記第五開閉弁は、三方弁であり、前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素に対する要求出力が所定値より大きい大出力運転モード（例えば、第１実施形態における大出力運転モードＭ１）のとき、前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を開くとともに前記第三開閉弁を閉じ、前記タービン連通管への流体の流通を遮断して前記第二排出管内を流体が流通するように前記第四開閉弁が開閉され、前記タービン連通管から前記第一出口管への流体の流通を遮断して前記第一出口管内を流体が流通するように前記第五開閉弁が開閉されることを特徴としている。

【0009】

また、請求項３に記載の発明に係るガスタービンシステムは、前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素に対する要求出力が前記所定値より小さい小出力運転モード（例えば、第１実施形態における小出力運転モードＭ２）のとき、前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を閉じるとともに前記第三開閉弁を開き、前記第二排出管から前記タービン連通管へ流体が流通するとともに前記第二排出管から外部への流体の排出を遮断するように前記第四開閉弁が開閉され、前記タービン連通管から前記第一出口管へ流体が流通するとともに前記第一出口管において前記燃焼器から前記第一タービンへの流体の流通を遮断するように前記第五開閉弁が開閉されることを特徴としている。

【0010】

請求項４に記載の発明に係るガスタービンシステムは、第一圧縮機（例えば、第２実施形態における第一圧縮機２１）及び前記第一圧縮機と第一回転軸（例えば、第２実施形態における第一回転軸２３）を介して接続されて前記第一圧縮機と一体回転する第一タービン（例えば、第２実施形態における第一タービン２２）を有する第一ガスタービン要素（例えば、第２実施形態における第一ガスタービン要素２）と、第二圧縮機（例えば、第２実施形態における第二圧縮機３１）及び前記第二圧縮機と第二回転軸（例えば、第２実施形態における第二回転軸３３）を介して接続されて前記第二圧縮機と一体回転する第二タービン（例えば、第２実施形態における第二タービン３２）を有する第二ガスタービン要素（例えば、第２実施形態における第二ガスタービン要素３）と、前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素にそれぞれ接続される単一の燃焼器（例えば、第２実施形態における燃焼器４）と、前記第一圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第一圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の吸気口（例えば、第２実施形態における第一吸気口４１）へ流通させる第一供給管（例えば、第２実施形態における第一供給管６１）と、前記第二圧縮機と前記燃焼器とを接続し、前記第二圧縮機により圧縮された空気を前記燃焼器の前記吸気口（例えば、第２実施形態における第二吸気口４２）へ流通させる第二供給管（例えば、第２実施形態における第二供給管６２）と、前記燃焼器と前記第一タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された空気を前記第一タービンへ流通させる第一出口管（例えば、第２実施形態における第一出口管６４）と、前記燃焼器と前記第二タービンとを接続し、前記燃焼器から排出された空気を前記第二タービンへ流通させる第二出口管（例えば、第２実施形態における第二出口管６５）と、前記第一タービンから排出された流体を外部へ排出させる第一排出管（例えば、第２実施形態における第一排出管６６）と、前記第二タービンから排出された流体を外部へ排出させる第二排出管（例えば、第２実施形態における第二排出管６７）と、前記第一供給管及び前記第二供給管を流通する低温流体と、前記第一排出管及び前記第二排出管を流通する高温流体と、がそれぞれ流通可能であり、かつ前記低温流体と前記高温流体との間で熱交換させる熱交換器（例えば、第２実施形態における熱交換器５）と、を備え、前記第一ガスタービン要素は、前記第一回転軸に接続されるとともに、前記第一回転軸の軸方向において前記第一圧縮機と前記第一タービンとの間に配置される第一発電機（例えば、第２実施形態における第一発電機２４）を有し、前記第二ガスタービン要素は、前記第二回転軸に接続されるとともに、前記第二回転軸の軸方向において前記第二圧縮機と前記第二タービンとの間に配置される第二発電機（例えば、第２実施形態における第二発電機３４）を有することを特徴としている。

【0011】

また、請求項５に記載の発明に係るガスタービンシステムは、前記第一供給管に設けられ、前記第一供給管内の空気の流通を遮断可能な第六開閉弁（例えば、第２実施形態における第六開閉弁２７６）と、前記第一出口管に設けられ、前記第一出口管内の空気の流通を遮断可能な第七開閉弁（例えば、第２実施形態における第七開閉弁２７７）と、前記第一排出管に設けられ、前記第一排出管内の空気の流通を遮断可能な第八開閉弁（例えば、第２実施形態における第八開閉弁２７８）と、前記第二供給管に設けられ、前記第二供給管内の空気の流通を遮断可能な第九開閉弁（例えば、第２実施形態における第九開閉弁２７９）と、前記第二出口管に設けられ、前記第二出口管内の空気の流通を遮断可能な第十開閉弁（例えば、第２実施形態における第十開閉弁２８０）と、前記第二排出管に設けられ、前記第二排出管内の空気の流通を遮断可能な第十一開閉弁（例えば、第２実施形態における第十一開閉弁２８１）と、を備え、出力値が所定値よりも大きい第一運転モード（例えば、第２実施形態における第一運転モードＱ１）と、出力値が前記所定値より小さい第二運転モード（例えば、第２実施形態における第二運転モードＱ２）と、に切り替え可能であり、前記第二運転モードにおいて、前記第一ガスタービン要素及び前記第二ガスタービン要素の一方の動作を停止するとともに、前記停止されたガスタービン要素に接続される供給管（例えば、第２実施形態における第二供給管６２）、出口管（例えば、第２実施形態における第二出口管６５）及び排出管（例えば、第２実施形態における第二排出管６７）に設けられる開閉弁（例えば、第２実施形態における第九開閉弁２７９、第十開閉弁２８０及び第十一開閉弁２８１）を閉じることを特徴としている。

【0012】

また、請求項６に記載の発明に係るガスタービンシステムは、前記燃焼器（例えば、第３実施形態における）は、前記第一供給管と接続される第一吸気口（例えば、第３実施形態における第一吸気口４１）と、前記第二供給管と接続される第二吸気口（例えば、第３実施形態における第二吸気口４２）と、前記第一出口管と接続される第一排気口（例えば、第３実施形態における第一排気口４３）と、前記第二出口管と接続される第二排気口（例えば、第３実施形態における第二排気口４４）と、前記燃焼器の内部に設けられる遮蔽壁（例えば、第３実施形態における遮蔽壁３４５）と、を備え、前記遮蔽壁は、前記第一吸気口及び前記第一排気口に連通する第一空間（例えば、第３実施形態における第一空間Ａ１）と、前記第二吸気口及び前記第二排気口に連通する第二空間（例えば、第３実施形態における第二空間Ａ２）と、に前記燃焼器内の空間を仕切ることを特徴としている。

【発明の効果】

【0013】

本発明の請求項１に記載のガスタービンシステムによれば、ガスタービンシステムは、２個のガスタービン要素と単一の燃焼器とを備える。これにより、複数の燃焼器を設ける場合と比較して、部品点数を削減し、ガスタービンシステム全体の軽量化を図ることができる。ガスタービンシステムを軽量化することにより、燃料消費を抑え、ガスタービンシステムの燃費を向上することができる。
ガスタービンシステムは、熱交換器を備える。熱交換器には、第一供給管及び第二供給管を流通する低温流体（空気）と、第一排出管及び第二排出管を流通する高温流体（燃焼ガス）と、がそれぞれ流通する。熱交換器を流通することにより、低温流体と高温流体との間で熱交換が行われる。これにより、燃焼後に排出される高温流体の熱を利用して、燃焼器に流入する前の空気を温めることができる。温められた空気を燃焼させるので、外気から吸入した冷たい空気を燃焼させる従来技術と比較して、燃焼器における熱効率を向上することができる。また、従来排気ガスとして捨てられていた高温流体の熱を有効利用できる。よって、燃焼に係るエネルギー効率を高め、ガスタービンシステムの燃費を向上できる。
ガスタービンシステムの各配管には、第一から第三の開閉弁がそれぞれ設けられている。これらの開閉弁を開閉動作させることにより、流体の流通する経路を変更し、ガスタービンシステムにおける出力の大きさや燃焼効率等を変化させることができる。これにより、例えば航空機の離着陸時などの高負荷時と、巡航時などの低負荷時と、の複数の運転モードにおいてそれぞれ最適な形態でガスタービンシステムを使用することができる。よって、従来技術と比較してガスタービンシステムの燃費を向上できる。
したがって、従来技術と比較して燃費を向上したガスタービンシステムを提供できる。

【0014】

本発明の請求項２に記載のガスタービンシステムによれば、第四開閉弁は、第二排出管とタービン連通管との接続部に設けられた三方弁である。第五開閉弁は、第一出口管とタービン連通管との接続部に設けられた三方弁である。ガスタービンシステムは、要求出力が所定値より大きい大出力運転モードと、要求出力が所定値より小さい小出力運転モードと、に切り替え可能となっている。高負荷時に対応する大出力運転モードにおいて、第一開閉弁及び第二開閉弁が開くとともに第三開閉弁が閉じる。第四開閉弁は、タービン連通管への流体の流通を遮断して第二排出管内を流体が流通するように開閉動作される。第五開閉弁は、タービン連通管から第一出口管への流体の流通を遮断して第一出口管内を流体が流通するように開閉動作される。これにより、第一圧縮機に流入した空気は、熱交換器、燃焼器、第一タービン、熱交換器の順に流通して排出される。同様に、第二圧縮機に流入した空気は、熱交換器、燃焼器、第二タービン、熱交換器の順に流通して排出される。このように、大出力運転モードでは、各圧縮機により圧縮された空気が単一の燃焼器にそれぞれ流入する。よって、燃焼器への空気の流入量が増加するので、ガスタービンシステムから高い出力を得ることができる。したがって、特に離着陸時等の高負荷時において好適な運転モードを実行できる。

【0015】

本発明の請求項３に記載のガスタービンシステムによれば、低負荷時に対応する小出力運転モードにおいて、第一開閉弁及び第二開閉弁が閉じるとともに第三開閉弁が開く。第四開閉弁は、第二排出管からタービン連通管へ流体が流通するとともに第二排出管から外部への流体の排出を遮断するように開閉動作される。第五開閉弁は、タービン連通管から第一出口管へ流体が流通するとともに第一出口管において燃焼器から第一タービンへの流体の流通を遮断するように開閉動作される。これにより、第一圧縮機に流入した空気は、第二圧縮機、熱交換器、燃焼器、第二タービン、第一タービン、熱交換器の順に流通して排出される。空気は、第一圧縮機及び第二圧縮機により多段圧縮された後に燃焼器に供給される。このように、小出力運転モードでは、多段圧縮されることにより圧力が高められた空気が燃焼器へ供給されるので、エンジンサイクルの改善により、エネルギー効率を高めることができる。よって、低負荷時におけるガスタービンシステムの低燃費化を実現できる。したがって、従来技術と比較して、特に低負荷時におけるガスタービンシステムの燃費を向上できる。
第一から第五の各開閉弁の開閉動作により上述の各モードを容易に切り替えることができる。これにより、過剰な重量増加を抑制しつつ、要求出力（負荷の大きさ）に応じてガスタービンシステムの動作を最適化できる。よって、ガスタービンシステムの燃費を向上できる。

【0016】

本発明の請求項４に記載のガスタービンシステムによれば、ガスタービンシステムは、２個のガスタービン要素と単一の燃焼器とを備える。これにより、複数の燃焼器を設ける場合と比較して、部品点数を削減し、ガスタービンシステム全体の軽量化を図ることができる。ガスタービンシステムを軽量化することにより、ガスタービンシステムの燃費を向上することができる。
ガスタービンシステムは、熱交換器を備える。熱交換器には、第一供給管及び第二供給管を流通する低温流体（空気）と、第一排出管及び第二排出管を流通する高温流体（燃焼ガス）と、がそれぞれ流通する。熱交換器は、低温流体と高温流体との間で熱交換させる。これにより、燃焼後に排出される高温流体の熱を利用して、燃焼器に流入する前の空気を温めることができる。温められた空気を燃焼させることにより、外気から吸入した冷たい空気を燃焼させる従来技術と比較して、燃焼器における熱効率を向上することができる。また、従来排気ガスとして捨てられていた高温流体の熱を有効利用できる。よって、燃焼に係るエネルギー効率を高め、ガスタービンシステムの燃費を向上できる。
第一発電機は、第一回転軸の軸方向において第一圧縮機と第一タービンとの間に設けられている。第二発電機は、第二回転軸の軸方向において第二圧縮機と第二タービンとの間に設けられている。このように、各発電機を圧縮機とタービンとの間にそれぞれ配置することにより、軸方向における圧縮機とタービンとの間の空間を有効利用し、ガスタービン要素全体での軸長を短くすることができる。よって、ガスタービンシステムの大型化を抑制してガスタービンシステムを軽量化できる。したがって、ガスタービンシステムの燃費を向上することができる。
したがって、従来技術と比較して燃費を向上したガスタービンシステムを提供できる。

【0017】

本発明の請求項５に記載のガスタービンシステムによれば、第六開閉弁は、第一供給管に設けられる。第七開閉弁は、第一出口管に設けられる。第八開閉弁は、第一排出管に設けられる。第九開閉弁は、第二供給管に設けられる。第十開閉弁は、第二出口管に設けられる。第十一開閉弁は、第二排出管に設けられる。これらの開閉弁を開閉動作させることにより、流体の流通する経路を変更し、ガスタービンシステムにおける出力の大きさや燃焼効率等を変化させることができる。これにより、例えば航空機の離着陸時などの高負荷時と、巡航時などの低負荷時と、の複数の運転モードにおいてそれぞれ最適な形態でガスタービンシステムを使用することができる。よって、従来技術と比較してガスタービンシステムの燃費を向上できる。
低負荷時に対応する第二運転モードでは、２個のガスタービン要素のうち一方のガスタービン要素を停止させる。このとき、停止されたガスタービン要素に接続される各配管に設けられる開閉弁を閉じる。これにより、一方のガスタービン要素の動作を停止させつつ、残りの他方のガスタービン要素を動作させることができる。このとき、停止されたガスタービン要素と燃焼器との間、及び停止されたガスタービン要素と動作中のガスタービン要素との間における空気の流通が開閉弁により遮断される。このため、動作中のガスタービン要素を流通する空気が、停止されたガスタービン要素に向かって流出することがない。よって、１個のガスタービン要素だけを安定的に動作させ、低負荷時における過剰な電力生成を抑制できる。したがって、熱交換器による熱効率の向上と併せて、より一層ガスタービンシステムの燃費を向上できる。

【0018】

本発明の請求項６に記載のガスタービンシステムによれば、燃焼器は内部に遮蔽壁を有する。遮蔽壁は、第一吸気口及び第一排気口に連通する第一空間と、第二吸気口及び第二排気口に連通する第二空間と、に燃焼器内の空間を仕切る。これにより、例えば２個のガスタービン要素のうち１個のガスタービン要素を停止させた場合に、燃焼器から停止されたガスタービン要素側への高温の空気の流入が抑制される。よって、停止されたガスタービン要素に設けられた開閉弁等の部品が熱により損傷することを抑制できる。
また、２個のガスタービン要素を両方とも作動させた場合、遮蔽壁により両方のタービンに均一な流量の流体（燃焼ガス）を供給できる。よって、ガスタービン要素におけるエネルギー効率を向上し、ガスタービンシステムの燃費を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係るガスタービンシステムを搭載した航空機の外観図。

【図2】第１実施形態に係るガスタービンシステム（大出力運転モード）の概略構成図。

【図3】第１実施形態に係る熱交換器の部分断面図。

【図4】第１実施形態に係るガスタービンシステム（小出力運転モード）の概略構成図。

【図5】第２実施形態に係るガスタービンシステムの概略構成図。

【図6】第３実施形態に係る燃焼器の概略断面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0021】

（第１実施形態）
（ガスタービンシステム）
図１は、第１実施形態に係るガスタービンシステム１を搭載した航空機１０の外観図である。
航空機１０は、例えば、機体１１と、複数のロータ１２Ａ～１２Ｄと、複数の電動機１４Ａ～１４Ｄと、取り付け部材１６Ａ～１６Ｄと、ガスタービンシステム１と、を備える。以下、複数のロータ１２Ａ～１２Ｄを互いに区別しない場合は、ロータ１２と称し、複数の電動機１４Ａ～１４Ｄを互いに区別しない場合は、電動機１４と称する。

【0022】

ロータ１２Ａは、取り付け部材１６Ａを介して機体１１に取り付けられている。ロータ１２Ａの基部（回転軸）には、電動機１４Ａが取り付けられている。電動機１４Ａは、ロータ１２Ａを駆動させる。電動機１４Ａは、例えばブラシレスＤＣモータである。ロータ１２Ａは、航空機１０が水平姿勢である場合に、重力方向と平行な軸線周りに回転するブレードの固定翼である。ロータ１２Ｂ～１２Ｄ、取り付け部材１６Ｂ～１６Ｄ、および電動機１４Ｂ～１４Ｄについても、上記と同様の機能構成を有するため説明を省略する。

【0023】

制御信号に応じてロータ１２が回転することで、航空機１０は、所望の飛行状態で飛行する。制御信号は、操作者の操作または自動操縦における指示に基づく航空機１０を制御するための信号である。例えば、ロータ１２Ａとロータ１２Ｄとが第１方向（例えば時計方向）に回転し、ロータ１２Ｂとロータ１２Ｃとが第２方向（例えば反時計方向）に回転することで航空機１０が飛行する。また、上記のロータ１２の他に、不図示の姿勢保持用あるいは水平推進用の補助ロータ等が設けられてもよい。

【0024】

図２は、第１実施形態に係るガスタービンシステム１（大出力運転モードＭ１）の概略構成図である。
ガスタービンシステム１は、航空機１０の内部に搭載されている。ガスタービンシステム１は、航空機１０のロータ１２Ａ～１２Ｄ（図１参照）を駆動させる動力源となる電力を発電する。ガスタービンシステム１は、いわゆるガスタービンエンジンからなる。ガスタービンシステム１は、第一ガスタービン要素２と、第二ガスタービン要素３と、単一の燃焼器４と、熱交換器５と、複数の配管６と、複数の開閉弁７と、を備える。

【0025】

（ガスタービン要素）
第一ガスタービン要素２は、第一圧縮機２１と、第一タービン２２と、第一回転軸２３と、第一発電機２４と、を有する。第一圧縮機２１は、航空機１０の機体１１に設けられた不図示の通風孔から吸入される吸入空気を圧縮する。第一タービン２２は、第一圧縮機２１と接続されて第一圧縮機２１と一体回転する。第一回転軸２３は、第一圧縮機２１と第一タービン２２とを連結している。第一回転軸２３は、例えば機体１１の前後方向（ヨー軸）に平行な方向に沿って延びている。第一回転軸２３の前端部に第一圧縮機２１が接続されている。第一回転軸２３の後端部に第一タービン２２が接続されている。

【0026】

第一発電機２４は、第一圧縮機２１と第一タービン２２との間に配置されている。第一発電機２４は、第一回転軸２３と同軸上に設けられるとともに、減速機構等を介して第一回転軸２３に接続されている。第一発電機２４は、第一タービン２２の駆動によって電力（交流電力）を発電する。第一発電機２４で発電された交流電力は不図示のパワードライブユニット（ＰＤＵ）のコンバータで直流電力に変換され、不図示のバッテリに貯留される。バッテリからの放電電力が電動機１４に供給されることにより、電動機１４が駆動する。

【0027】

第二ガスタービン要素３は、第一ガスタービン要素２と平行に並んで設けられている。第二ガスタービン要素３の構成は、第一ガスタービン要素２の構成と同等である。つまり、第二ガスタービン要素３は、第二圧縮機３１と、第二タービン３２と、第二回転軸３３と、第二発電機３４と、を有する。第二圧縮機３１は、機体１１に設けられた通風孔（不図示）から吸入される吸入空気を圧縮する。第二タービン３２は、第二圧縮機３１と接続されて第二圧縮機３１と一体回転する。第二回転軸３３は、第二圧縮機３１と第二タービン３２とを連結している。

【0028】

第二発電機３４は、第二圧縮機３１と第二タービン３２との間に配置されている。第二発電機３４は、第二回転軸３３と同軸上に設けられるとともに、減速機構等を介して第二回転軸３３に接続されている。第二発電機３４は、第二タービン３２の駆動によって電力（交流電力）を発電する。第二発電機３４で発電された交流電力は不図示のパワードライブユニット（ＰＤＵ）のコンバータで直流電力に変換され、不図示のバッテリに貯留される。なお、本実施形態において、第一発電機２４及び第二発電機３４は共通のバッテリに接続されて電力を貯蓄するが、第一発電機２４及び第二発電機３４がそれぞれ異なるバッテリに接続されてそれぞれのバッテリに電力を貯蓄する構成であってもよい。

【0029】

以下の説明において、圧縮機２１，３１及びタービン２２，３２のうち、空気の流通方向の上流側に位置して空気が流入する部分を「入口２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ」といい、空気の流通方向の下流側に位置して空気が排出される部分を「出口２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂ」という場合がある。

【0030】

（燃焼器）
燃焼器４は、２個のガスタービン要素（第一ガスタービン要素２及び第二ガスタービン要素３）に対して１個設けられる。燃焼器４は、第一ガスタービン要素２と第二ガスタービン要素３との間に配置されている。燃焼器４は、各ガスタービン要素２，３の軸方向において、各圧縮機２１，３１と各タービン２２，３２との間に位置している。具体的に、燃焼器４は２個の吸気口（第一吸気口４１及び第二吸気口４２）を有する。第一吸気口４１及び第二吸気口４２は、第一圧縮機２１の出口２１ｂ及び第二圧縮機３１の出口３１ｂより後方に設けられている。燃焼器４は２個の排気口（第一排気口４３及び第二排気口４４）を有する。第一排気口４３及び第二排気口４４は、第一タービン２２の入口２２ａ及び第二タービン３２の入口３２ａより前方に設けられている。燃焼器４は、第一ガスタービン要素２及び第二ガスタービン要素３にそれぞれ接続される。燃焼器４には、第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１の少なくとも一方からの圧縮空気が流入する。

【0031】

（熱交換器）
図３は、第１実施形態に係る熱交換器５の部分断面図である。
図２及び図３に示すように、熱交換器５は、燃焼器４に流入する前の空気と、燃焼器４から排出された後の燃焼ガスと、がそれぞれ流通して互いに熱交換するように構成されている。図３に示すように、熱交換器５は、低温側流路５１と、高温側流路５２と、を有する。低温側流路５１には、燃焼器４に流入する前の流体であって、第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１により圧縮された低温流体（空気）が流通する。高温側流路５２には、燃焼器４から排出された後の流体であって、第一タービン２２及び第二タービン３２から排出され、低温流体よりも温度が高い高温流体（燃焼ガス）が流通する。

【0032】

低温側流路５１と高温側流路５２との間は伝熱プレート５３により仕切られている。伝熱プレート５３は、例えば熱伝導率の高い金属等の板部材を表裏交互に折り曲げることにより、断面視で蛇腹状（ｂｅｌｌｏｗｓ ｐａｔｔｅｒｎ）に形成されている。伝熱プレート５３の表面は低温側流路５１に面している。伝熱プレート５３の裏面は高温側流路５２に面している。よって、熱交換器５は、伝熱プレート５３を介して低温流体と高温流体との間で熱交換させる。

【0033】

（複数の配管）
図２に示すように、複数の配管６は、第一供給管６１と、第二供給管６２と、圧縮機連通管６３と、第一出口管６４と、第二出口管６５と、第一排出管６６と、第二排出管６７と、タービン連通管６８と、を有する。
第一供給管６１は、第一圧縮機２１の出口２１ｂと燃焼器４の第一吸気口４１とを接続する。第一供給管６１は、第一圧縮機２１により圧縮された空気を燃焼器４へ向けて流通させる。第一供給管６１の一部は、熱交換器５に接続されている。第一供給管６１内の空気は、熱交換器５の低温側流路５１を流通する。

【0034】

第二供給管６２は、第二圧縮機３１の出口３１ｂと燃焼器４の第二吸気口４２とを接続する。第二供給管６２は、第二圧縮機３１により圧縮された空気を燃焼器４へ向けて流通させる。第二供給管６２の一部は、熱交換器５に接続されている。第二供給管６２内の空気は、熱交換器５の低温側流路５１を流通する。第一供給管６１と第二供給管６２とは、互いに内部の空気が混ざることなく独立して形成されている。つまり、熱交換器５のうち第一供給管６１内の空気が流通する低温側流路５１と、第二供給管６２内の空気が流通する低温側流路５１と、は区別されている。
圧縮機連通管６３は、第一圧縮機２１の出口２１ｂと第二圧縮機３１の入口３１ａとを連通している。圧縮機連通管６３は、第一圧縮機２１で圧縮された空気を第二圧縮機３１へ向けて流通させる。

【0035】

第一出口管６４は、燃焼器４の第一排気口４３と第一タービン２２の入口２２ａとを接続する。第一出口管６４は、燃焼器４から排出された燃焼ガスを第一タービン２２へ向けて流通させる。燃焼ガスが第一タービン２２へ流入することにより、第一タービン２２が回転する。
第二出口管６５は、燃焼器４の第二排気口４４と第二タービン３２の入口３２ａとを接続する。第二出口管６５は、燃焼器４から排出された燃焼ガスを第二タービン３２へ向けて流通させる。燃焼ガスが第二タービン３２へ流入することにより、第二タービン３２が回転する。

【0036】

第一排出管６６は、第一タービン２２の出口２２ｂに接続されている。第一排出管６６は、第一タービン２２から排出された高温流体（燃焼ガス）を機体の外部へ排出する。第一排出管６６の一部は、熱交換器５に接続されている。第一排出管６６内の空気は、熱交換器５の高温側流路５２を流通する。
第二排出管６７は、第二タービン３２の出口３２ｂに接続されている。第二排出管６７は、第二タービン３２から排出された高温流体を機体の外部へ排出する。第二排出管６７の一部は、熱交換器５に接続されている。第二排出管６７内の空気は、熱交換器５の高温側流路５２を流通する。第一排出管６６と第二排出管６７とは、互いに内部の空気が混ざることなく独立して形成されている。つまり、熱交換器５のうち第一排出管６６内の空気が流通する高温側流路５２と、第二排出管６７内の空気が流通する高温側流路５２と、は区別されている。

【0037】

タービン連通管６８は、第一タービン２２の入口２２ａと第二タービン３２の出口３２ｂとを連通している。タービン連通管６８は、第二タービン３２から排出された空気を第一タービン２２へ向けて流通させる。本実施形態において、タービン連通管６８のうち燃焼ガスの流通方向における上流側の端部は、第二排出管６７の中途部５９に接続されている。第二排出管６７の中途部５９は、熱交換器５よりも上流側に設けられている。つまり、第二排出管６７は、中途部５９において二股に分岐している。タービン連通管６８のうち燃焼ガスの流通方向における下流側の端部は、第一出口管６４の中途部５８に接続されている。

【0038】

（複数の開閉弁）
複数の開閉弁７は、第一開閉弁７１と、第二開閉弁７２と、第三開閉弁７３と、第四開閉弁７４と、第五開閉弁７５と、を有する。各開閉弁は、例えば通電のオン／オフの切り替えによって弁を開閉する電磁弁等である。各図において、開閉弁７が白く塗られたものは開閉弁７が開いていることを示す。黒く塗られたものは、開閉弁７が閉じていることを示す。
第一開閉弁７１は、第一供給管６１に設けられている。第一開閉弁７１は、第一供給管６１内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。
第二開閉弁７２は、第二圧縮機３１の入口３１ａよりも空気の流通方向の上流側に設けられている。第二開閉弁７２は、第二圧縮機３１への空気の流入を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。
第三開閉弁７３は、圧縮機連通管６３に設けられている。第三開閉弁７３は、圧縮機連通管６３内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。

【0039】

第四開閉弁７４は、第二排出管６７とタービン連通管６８との接続部（第二排出管６７の中途部５９）に設けられている。第四開閉弁７４は、第二排出管６７からタービン連通管６８内への流体の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。第四開閉弁７４は、流入弁７４ａと、第一の流出弁７４ｂと、第二の流出弁７４ｃと、を有する三方弁である。流入弁７４ａは、第二排出管６７のうち中途部５９よりも上流側に設けられている。流入弁７４ａは、第二タービン３２から排出された燃焼ガスの中途部５９への流入を許可又は遮断する。第一の流出弁７４ｂは、第二排出管６７のうち中途部５９よりも下流側に設けられている。第一の流出弁７４ｂは、中途部５９に流入した燃焼ガスの第二排出管６７の下流側への流入を許可又は遮断する。第二の流出弁７４ｃは、タービン連通管６８の上流側の端部に設けられている。第二の流出弁７４ｃは、中途部５９に流入した燃焼ガスのタービン連通管６８への流入を許可又は遮断する。

【0040】

第五開閉弁７５は、第一出口管６４とタービン連通管６８との接続部（第一出口管６４の中途部５８）に設けられている。第五開閉弁７５は、タービン連通管６８から第一出口管６４内を通って第一タービン２２へ向かう流体の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。第五開閉弁７５は、第一の流入弁７５ａと、第二の流入弁７５ｂと、流出弁７５ｃと、を有する三方弁である。第一の流入弁７５ａは、第一出口管６４のうち中途部５８よりも上流側に設けられている。第一の流入弁７５ａは、燃焼器４から排出された燃焼ガスの中途部５８への流入を許可又は遮断する。第二の流入弁７５ｂは、タービン連通管６８の下流側の端部に設けられている。第二の流入弁７５ｂは、タービン連通管６８内を流通する燃焼ガスの中途部５８への流入を許可又は遮断する。流出弁７５ｃは、第一出口管６４のうち中途部５８よりも下流側に設けられている。流出弁７５ｃは、中途部５８へ流入した燃焼ガスの第一タービン２２への流入を許可又は遮断する。

【0041】

複数の開閉弁７は、不図示の制御部によりそれぞれ開閉可能に制御されている。制御部は、例えば電気的な方法により各開閉弁に信号を送信する。複数の開閉弁７は、それぞれ受信した信号により開状態又は閉状態に切り替えられる。制御部は、航空機の状態情報やパイロットからの操作情報に基づいて、航空機が所定の運転モードであることを特定し、特定された運転モードの種類に応じて所定の組み合わせで各開閉弁を開閉させる。本実施形態において、制御部は、少なくとも大出力運転モードＭ１と小出力運転モードＭ２との２個の運転モードを特定可能である。

【0042】

（各運転モードにおけるガスタービンシステムの動作）
次に、各運転モードにおけるガスタービンシステム１の動作について説明する。
始めに、大出力運転モードＭ１におけるガスタービンシステム１の動作を図２に基づいて説明する。大出力運転モードＭ１は、第一ガスタービン要素２及び第二ガスタービン要素３に対する要求出力が所定値より大きい場合の運転モードである。要求出力とは、航空機が制御信号に応じた飛行状態に移行するため、または飛行状態を維持するために必要な電力である。大出力運転モードＭ１は、高負荷時に対応する運転モードである。

【0043】

図２に示すように、制御部は、例えば航空機が離着陸を行う際に、ガスタービンシステム１を大出力運転モードＭ１に移行させる。大出力運転モードＭ１において、制御部は、第一開閉弁７１及び第二開閉弁７２を開くとともに第三開閉弁７３を閉じる。つまり、制御部は、第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１から燃焼器４へそれぞれ空気を流通させるとともに、第一圧縮機２１から第二圧縮機３１への空気の流通を遮断する。また、制御部は、第四開閉弁７４の流入弁７４ａ及び第一の流出弁７４ｂを開き、第二の流出弁７４ｃを閉じる。換言すれば、第四開閉弁７４は、タービン連通管６８への流体の流通を遮断して第二排出管６７内を流体が流通するように開閉制御される。さらに、大出力運転モードＭ１において、制御部は、第五開閉弁７５の第一の流入弁７５ａ及び流出弁７５ｃを開き、第二の流入弁７５ｂを閉じる。換言すれば、第五開閉弁７５は、タービン連通管６８から第一出口管６４への流体の流通を遮断して第一出口管６４内を流体が流通するように開閉制御される。

【0044】

第一圧縮機２１は、外気を吸入して圧縮する。第一圧縮機２１により圧縮された空気は、第一供給管６１及び熱交換器５の低温側流路５１を流通して燃焼器４へ流入する。同様に、第二圧縮機３１は、外気を吸入して圧縮する。第二圧縮機３１により圧縮された空気は、第二供給管６２及び熱交換器５の低温側流路５１を流通して燃焼器４へ流入する。これにより、燃焼器４には、第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１のそれぞれから圧縮空気が流入するので、燃焼器４に要求された出力を発生するのに十分な流量の空気が供給される。またこのとき、熱交換器５で熱エネルギーを受け取ることにより外気と比較して温められた空気が燃焼器４に流入する。

【0045】

燃焼器４から排出された燃焼ガスの約半分は、第一出口管６４を流通して第一タービン２２に供給され、第一タービン２２を回転させる。その後、燃焼ガスは第一排出管６６を流通して第一タービン２２から外部へ排出される。第一排出管６６を流通する高温の燃焼ガス（高温流体）は、外部へ排出される前に熱交換器５の高温側流路５２を流通し、熱交換器５で熱エネルギーを渡した後に外部へ排出される。
燃焼器４から排出された燃焼ガスの残りの半分は、第二出口管６５を流通して第二タービン３２に供給され、第二タービン３２を回転させる。その後、燃焼ガスは第二排出管６７を流通して第二タービン３２から外部へ排出される。第二排出管６７を流通する高温の燃焼ガス（高温流体）は、外部へ排出される前に熱交換器５の高温側流路５２を流通し、熱交換器５で熱エネルギーを渡した後に外部へ排出される。

【0046】

次に、小出力運転モードＭ２におけるガスタービンシステム１の動作を図４に基づいて説明する。図４は、第１実施形態に係るガスタービンシステム１（小出力運転モードＭ２）の概略構成図である。小出力運転モードＭ２は、第一ガスタービン要素２及び第二ガスタービン要素３に対する要求出力が所定値より小さい場合の運転モードである。小出力運転モードＭ２は、大出力運転モードＭ１よりも出力の小さい運転モードである。小出力運転モードＭ２は、低負荷時に対応する運転モードである。

【0047】

図４に示すように、制御部は、例えば航空機が巡航する際に、ガスタービンシステム１を小出力運転モードＭ２に移行させる。小出力運転モードＭ２において、制御部は、第一開閉弁７１及び第二開閉弁７２を閉じるとともに第三開閉弁７３を開く。つまり、制御部は、第一圧縮機２１から燃焼器４への空気の流通を遮断するとともに、第一圧縮機２１から第二圧縮機３１へ空気を流通させる。また、制御部は、第四開閉弁７４の流入弁７４ａ及び第二の流出弁７４ｃを開き、第一の流出弁７４ｂを閉じる。換言すれば、第四開閉弁７４は、第二排出管６７からタービン連通管６８へ流体が流通するとともに第二排出管６７から外部への流体の排出を遮断するように開閉制御される。さらに、小出力運転モードＭ２において、制御部は、第五開閉弁７５の第二の流入弁７５ｂ及び流出弁７５ｃを開き、第一の流入弁７５ａを閉じる。換言すれば、第五開閉弁７５は、タービン連通管６８から第一出口管６４へ流体が流通するとともに第一出口管６４において燃焼器４から第一タービン２２への流体の流通を遮断するように開閉制御される。

【0048】

第一圧縮機２１は、外気を吸入して圧縮する。第一圧縮機２１により圧縮された空気は、圧縮機連通管６３を流通して第二圧縮機３１へ流入する。第二開閉弁７２が閉じているため、第二圧縮機３１には、第一圧縮機２１からの圧縮空気のみが供給される。第二圧縮機３１は、第一圧縮機２１からの圧縮空気をさらに圧縮する。第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１により多段圧縮された空気は、第二供給管６２及び熱交換器５の低温側流路５１を流通して燃焼器４へ流入する。このように、第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１を順に経て空気が段階的に圧縮されることにより、大出力運転モードＭ１の圧縮空気よりも高い圧力の圧縮空気が燃焼器４に供給される。

【0049】

第五開閉弁７５の第一の流入弁７５ａが閉じているので、燃焼器４から排出された燃焼ガスは、第二排気口４４のみから排出される。燃焼器４から排出された燃焼ガスは、第二排出管６７を流通して第二タービン３２へ供給され、第二タービン３２を回転させる。第二タービン３２の出口３２ｂから排出された燃焼ガスは、第四開閉弁７４より上流側の第二排出管６７及び第四開閉弁７４を介してタービン連通管６８へ流入する。さらに、燃焼ガスは、タービン連通管６８を流通した後、第五開閉弁７５及び第五開閉弁７５より下流側の第一出口管６４を介して第一タービン２２の入口２２ａへ供給され、第一タービン２２を回転させる。その後、燃焼ガスは第一排出管６６を流通して第一タービン２２から外部へ排出される。小出力運転モードＭ２では、第二供給管６２内を流通する低温流体（空気）と、第一排出管６６内を流通する高温流体（燃焼ガス）と、の間で熱交換が行われる。

【0050】

（作用、効果）
次に、上述のガスタービンシステム１の作用、効果について説明する。
本実施形態のガスタービンシステム１によれば、ガスタービンシステム１は、２個のガスタービン要素２，３と単一の燃焼器４とを備える。これにより、複数の燃焼器４を設ける場合と比較して、部品点数を削減し、ガスタービンシステム１全体の軽量化を図ることができる。ガスタービンシステム１を軽量化することにより、燃料消費を抑え、ガスタービンシステム１の燃費を向上することができる。

【0051】

ガスタービンシステム１は、熱交換器５を備える。熱交換器５には、第一供給管６１及び第二供給管６２を流通する低温流体（空気）と、第一排出管６６及び第二排出管６７を流通する高温流体（燃焼ガス）と、がそれぞれ流通する。熱交換器５を流通することにより、低温流体と高温流体との間で熱交換が行われる。これにより、燃焼後に排出される高温流体の熱を利用して、燃焼器４に流入する前の空気を温めることができる。温められた空気を燃焼させるので、外気から吸入した冷たい空気を燃焼させる従来技術と比較して、燃焼器４における熱効率を向上することができる。また、従来排気ガスとして捨てられていた高温流体の熱を有効利用できる。よって、燃焼に係るエネルギー効率を高め、ガスタービンシステム１の燃費を向上できる。

【0052】

ガスタービンシステム１の各配管６には、第一から第三の開閉弁７１，７２，７３がそれぞれ設けられている。これらの開閉弁を開閉動作させることにより、流体の流通する経路を変更し、ガスタービンシステム１における出力の大きさや燃焼効率等を変化させることができる。これにより、例えば航空機の離着陸時などの高負荷時と、巡航時などの低負荷時と、の複数の運転モードにおいてそれぞれ最適な形態でガスタービンシステム１を使用することができる。よって、従来技術と比較してガスタービンシステム１の燃費を向上できる。
したがって、従来技術と比較して燃費を向上したガスタービンシステム１を提供できる。

【0053】

第四開閉弁７４は、第二排出管６７とタービン連通管６８との接続部（中途部５９）に設けられた三方弁である。第五開閉弁７５は、第一出口管６４とタービン連通管６８との接続部（中途部５８）に設けられた三方弁である。ガスタービンシステム１は、要求出力が所定値より大きい大出力運転モードＭ１と、要求出力が所定値より小さい小出力運転モードＭ２と、に切り替え可能となっている。高負荷時に対応する大出力運転モードＭ１において、第一開閉弁７１及び第二開閉弁７２が開くとともに第三開閉弁７３が閉じる。第四開閉弁７４は、タービン連通管６８への流体の流通を遮断して第二排出管６７内を流体が流通するように開閉動作される。第五開閉弁７５は、タービン連通管６８から第一出口管６４への流体の流通を遮断して第一出口管６４内を流体が流通するように開閉動作される。これにより、第一圧縮機２１に流入した空気は、熱交換器５、燃焼器４、第一タービン２２、熱交換器５の順に流通して排出される。同様に、第二圧縮機３１に流入した空気は、熱交換器５、燃焼器４、第二タービン３２、熱交換器５の順に流通して排出される。このように、大出力運転モードＭ１では、各圧縮機２１，３１により圧縮された空気が単一の燃焼器４にそれぞれ流入する。よって、燃焼器４への空気の流入量が増加するので、ガスタービンシステム１から高い出力を得ることができる。したがって、特に離着陸時等の高負荷時において好適な運転モードを実行できる。

【0054】

低負荷時に対応する小出力運転モードＭ２において、第一開閉弁７１及び第二開閉弁７２が閉じるとともに第三開閉弁７３が開く。第四開閉弁７４は、第二排出管６７からタービン連通管６８へ流体が流通するとともに第二排出管６７から外部への流体の排出を遮断するように開閉動作される。第五開閉弁７５は、タービン連通管６８から第一出口管６４へ流体が流通するとともに第一出口管６４において燃焼器４から第一タービン２２への流体の流通を遮断するように開閉動作される。これにより、第一圧縮機２１に流入した空気は、第二圧縮機３１、熱交換器５、燃焼器４、第二タービン３２、第一タービン２２、熱交換器５の順に流通して排出される。空気は、第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１により多段圧縮された後に燃焼器４に供給される。このように、小出力運転モードＭ２では、多段圧縮されることにより圧力が高められた空気が燃焼器４へ供給されるので、エンジンサイクルの改善により、エネルギー効率を高めることができる。よって、低負荷時におけるガスタービンシステム１の低燃費化を実現できる。したがって、従来技術と比較して、特に低負荷時におけるガスタービンシステム１の燃費を向上できる。

【0055】

第一から第五の各開閉弁７の開閉動作により上述の各モードを容易に切り替えることができる。これにより、過剰な重量増加を抑制しつつ、要求出力（負荷の大きさ）に応じてガスタービンシステム１の動作を最適化できる。よって、ガスタービンシステム１の燃費を向上できる。

【0056】

第一発電機２４は、第一回転軸２３の軸方向において第一圧縮機２１と第一タービン２２との間に設けられている。第二発電機３４は、第二回転軸３３の軸方向において第二圧縮機３１と第二タービン３２との間に設けられている。このように、各発電機２４，３４を圧縮機２１，３１とタービン２２，３２との間にそれぞれ配置することにより、軸方向における圧縮機２１，３１とタービン２２，３２との間の空間を有効利用し、ガスタービン要素全体での軸長を短くすることができる。よって、ガスタービンシステム２０１の大型化を抑制してガスタービンシステム２０１を軽量化できる。したがって、ガスタービンシステム２０１の燃費を向上することができる。

【0057】

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係るガスタービンシステム２０１の概略構成図である。図５は、詳しくは後述する２個の運転モードのうち第二運転モードＱ２におけるガスタービンシステム２０１の動作を示している。以下の説明において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態では、配管６及び開閉弁７の構成が上述した第１実施形態と相違している。

【0058】

第２実施形態において、複数の配管２０６は、第一供給管６１と、第二供給管６２と、第一出口管６４と、第二出口管６５と、第一排出管６６と、第二排出管６７と、を有する。第２実施形態における第一供給管６１、第二供給管６２、第一出口管６４、第二出口管６５、第一排出管６６及び第二排出管６７の構成は、第１実施形態におけるそれと同等の構成となっている。換言すれば、第２実施形態は、上述の第１実施形態における圧縮機連通管６３及びタービン連通管６８（図２参照）を省略した構成となっている。

【0059】

第２実施形態において、複数の開閉弁２０７は、第六開閉弁２７６と、第七開閉弁２７７と、第八開閉弁２７８と、第九開閉弁２７９と、第十開閉弁２８０と、第十一開閉弁２８１と、を有する。
第六開閉弁２７６は、第一供給管６１に設けられている。第六開閉弁２７６は、熱交換器５より上流側に設けられている。第六開閉弁２７６は、第一供給管６１内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。
第七開閉弁２７７は、第一出口管６４に設けられている。第七開閉弁２７７は、第一出口管６４内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。
第八開閉弁２７８は、第一排出管６６に設けられている。第八開閉弁２７８は、熱交換器５より上流側に設けられている。第八開閉弁２７８は、第一排出管６６内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。

【0060】

第九開閉弁２７９は、第二供給管６２に設けられている。第九開閉弁２７９は、熱交換器５より上流側に設けられている。第九開閉弁２７９は、第二供給管６２内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。
第十開閉弁２８０は、第二出口管６５に設けられている。第十開閉弁２８０は、第二出口管６５内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。
第十一開閉弁２８１は、第二排出管６７に設けられている。第十一開閉弁２８１は、熱交換器５より上流側に設けられている。第十一開閉弁２８１は、第二排出管６７内の空気の流通を許可又は遮断するように切り替え可能となっている。

【0061】

制御部が上述した複数の開閉弁２０７を開閉制御することにより、ガスタービンシステム２０１は、少なくとも高負荷時に対応する第一運転モードＱ１と、低負荷時に対応する第二運転モードＱ２（図５参照）と、の２個の運転モードに切り替え可能となっている。本実施形態において、第一運転モードＱ１は、２個のガスタービン要素２，３が両方とも動作する運転モードであり、第二運転モードＱ２は、２個のガスタービン要素２，３のうち一方のガスタービン要素を停止させる運転モードである。

【0062】

（各運転モードにおけるガスタービンシステムの動作）
次に、各運転モードにおけるガスタービンシステム２０１の動作について説明する。始めに、第一運転モードＱ１におけるガスタービンシステム２０１の動作について説明する。第一運転モードＱ１は、出力値が所定値よりも大きい運転モードである。

【0063】

第一運転モードＱ１において、制御部は、第六開閉弁２７６、第七開閉弁２７７、第八開閉弁２７８、第九開閉弁２７９、第十開閉弁２８０及び第十一開閉弁２８１を開く。つまり、第一供給管６１、第二供給管６２、第一出口管６４、第二出口管６５、第一排出管６６及び第二排出管６７の全ての配管内に流体（空気又は燃焼ガス）が流通可能となっている。

【0064】

第一圧縮機２１は、外気を吸入して圧縮する。第一圧縮機２１により圧縮された空気は、第一供給管６１及び熱交換器５の低温側流路５１を流通して燃焼器４へ流入する。第二圧縮機３１は、外気を吸入して圧縮する。第二圧縮機３１により圧縮された空気は、第二供給管６２及び熱交換器５の低温側流路５１を流通して燃焼器４へ流入する。これにより、燃焼器４には、第一圧縮機２１及び第二圧縮機３１のそれぞれから圧縮空気が流入するので、燃焼器４に要求された出力を発生するのに十分な流量の空気が供給される。

【0065】

燃焼器４から排出された燃焼ガスの約半分は、第一出口管６４を流通して第一タービン２２に供給され、第一タービン２２を回転させる。その後、燃焼ガスは第一排出管６６及び熱交換器５の高温側流路５２を流通して第一タービン２２から外部へ排出される。燃焼器４から排出された燃焼ガスの残りの半分は、第二出口管６５を流通して第二タービン３２に供給され、第二タービン３２を回転させる。その後、燃焼ガスは第二排出管６７及び熱交換器５の高温側流路５２を流通して第二タービン３２から外部へ排出される。第一タービン２２及び第二タービン３２が回転することにより、第一発電機２４及び第二発電機３４が回転駆動され、電力を発電する。
このとき、熱交換器５では、第１実施形態と同様、第一供給管６１及び第二供給管６２内の低温流体（空気）と、第一排出管６６及び第二排出管６７内の高温流体（燃焼ガス）と、の間で熱交換が行われる。

【0066】

次に、第二運転モードＱ２におけるガスタービンシステム２０１の動作について説明する。第二運転モードＱ２は、出力値が所定値よりも小さい運転モードである。
図５に示すように、第二運転モードＱ２において、制御部は、第一ガスタービン要素２及び第二ガスタービン要素３のうち一方の動作を停止するとともに、停止されたガスタービン要素に接続される供給管、出口管及び排出管に設けられる開閉弁２０７をそれぞれ閉じる。図５に示す例では、第二ガスタービン要素３の動作を停止した場合について説明する。図５に示す例において、制御部は、停止された第二ガスタービン要素３に接続される第二供給管６２、第二出口管６５及び第二排出管６７に設けられる開閉弁２０７を閉じる。具体的に、制御部は、第六開閉弁２７６、第七開閉弁２７７及び第八開閉弁２７８を開くとともに、第九開閉弁２７９、第十開閉弁２８０及び第十一開閉弁２８１を閉じる。これにより、制御部は、第二ガスタービン要素３の動作を停止させ、かつ第一ガスタービン要素２を動作させる。

【0067】

第二運転モードＱ２において、第一圧縮機２１は、外気を吸入して圧縮する。第一圧縮機２１により圧縮された空気は、第一供給管６１及び熱交換器５の低温側流路５１を流通して燃焼器４へ流入する。燃焼器４から排出された燃焼ガスは、第一出口管６４を流通して第一タービン２２に供給され、第一タービン２２を回転させる。その後、燃焼ガスは第一排出管６６及び熱交換器５の高温側流路５２を流通して第一タービン２２から外部へ排出される。
このとき、熱交換器５では、第一供給管６１内の低温流体（空気）と、第一排出管６６内の高温流体（燃焼ガス）と、の間で熱交換が行われる。

【0068】

第２実施形態によれば、ガスタービンシステム２０１は、２個のガスタービン要素２，３と、単一の燃焼器４と、熱交換器５と、を備える。よって、上述の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
したがって、従来技術と比較して燃費を向上したガスタービンシステム２０１を提供できる。

【0069】

第六開閉弁２７６は、第一供給管６１に設けられる。第七開閉弁２７７は、第一出口管６４に設けられる。第八開閉弁２７８は、第一排出管６６に設けられる。第九開閉弁２７９は、第二供給管６２に設けられる。第十開閉弁２８０は、第二出口管６５に設けられる。第十一開閉弁２８１は、第二排出管６７に設けられる。これらの開閉弁２０７を開閉動作させることにより、流体の流通する経路を変更し、ガスタービンシステム２０１における出力の大きさや燃焼効率等を変化させることができる。これにより、例えば航空機の離着陸時などの高負荷時と、巡航時などの低負荷時と、の複数の運転モードにおいてそれぞれ最適な形態でガスタービンシステム１を使用することができる。よって、従来技術と比較してガスタービンシステム１の燃費を向上できる。

【0070】

低負荷時に対応する第二運転モードＱ２では、２個のガスタービン要素のうち一方のガスタービン要素（本実施形態では第二ガスタービン要素３）を停止させる。このとき、停止された第二ガスタービン要素３に接続される各配管２０６（第二供給管６２、第二出口管６５及び第二排出管６７）に設けられる開閉弁２７９，２８０，２８１を閉じる。これにより、一方の第二ガスタービン要素３の動作を停止させつつ、残りの第一ガスタービン要素２を動作させることができる。このとき、停止された第二ガスタービン要素３と燃焼器４との間、及び停止された第二ガスタービン要素３と動作中の第一ガスタービン要素２との間における空気の流通が開閉弁２７９，２８０，２８１により遮断される。このため、動作中の第一ガスタービン要素２を流通する空気が、停止された第二ガスタービン要素３に向かって流出することがない。よって、１個のガスタービン要素だけを安定的に動作させ、低負荷時における過剰な電力生成を抑制できる。したがって、熱交換器５による熱効率の向上と併せて、より一層ガスタービンシステム１の燃費を向上できる。

【0071】

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る燃焼器３０４の概略断面図である。以下の説明において、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態では、燃焼器３０４が遮蔽壁３４５を有する点で上述した各実施形態と相違している。

【0072】

第３実施形態において、燃焼器３０４は、内部に遮蔽壁３４５を有する。遮蔽壁３４５は、燃焼器３０４の第一吸気口４１及び第一排気口４３に連通する第一空間Ａ１と、第二吸気口４２及び第二排気口４４に連通する第二空間Ａ２と、に燃焼器３０４内の空間を仕切っている。遮蔽壁３４５は、例えば燃焼器３０４とは別体で設けられた板部材である。

【0073】

第３実施形態によれば、例えば２個のガスタービン要素のうち１個のガスタービン要素を停止させた場合（第２実施形態に適用した場合）に、燃焼器３０４から停止されたガスタービン要素側への高温の空気の流入が抑制される。よって、停止されたガスタービン要素に設けられた開閉弁２０７等の部品が熱により損傷することを抑制できる。
また、２個のガスタービン要素を両方とも作動させた場合（第１実施形態に適用した場合）、遮蔽壁３４５により両方のタービン２２，３２に均一な流量の流体（燃焼ガス）を供給できる。よって、ガスタービン要素におけるエネルギー効率を向上し、ガスタービンシステム１の燃費を向上できる。

【0074】

遮蔽壁３４５を燃焼器３０４とは別体で設けられる構成としたので、遮蔽壁３４５を簡素な構成とすることができる。よって、燃焼器３０４を複数設ける場合と比較して、燃焼器３０４の重量増加を抑制できる。

【0075】

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の第１実施形態において、熱交換器５は、第一ガスタービン要素２を流通する流体及び第二ガスタービン要素３を流通する流体が流通する単一の低温側流路５１を有してもよい。つまり、熱交換器５のうち第一供給管６１内の空気が流通する低温側流路５１と、第二供給管６２内の空気が流通する低温側流路５１と、は同一であってもよい。同様に、熱交換器５は、第一ガスタービン要素２を流通する流体及び第二ガスタービン要素３を流通する流体が流通する単一の高温側流路５２を有してもよい。つまり、熱交換器５のうち第一排出管６６内の空気が流通する高温側流路５２と、第二排出管６７内の空気が流通する高温側流路５２と、は同一であってもよい。

【0076】

上述の第２実施形態では第二ガスタービン要素３を停止させる構成について説明したが、これに限られない。第二運転モードＱ２において、第一ガスタービン要素２を停止させ、第二ガスタービン要素３を動作させてもよい。この場合、制御部は、第六開閉弁２７６、第七開閉弁２７７及び第八開閉弁２７８を閉じるとともに、第九開閉弁２７９、第十開閉弁２８０及び第十一開閉弁２８１を開く。
ガスタービンシステム１は３個以上のガスタービン要素を有してもよい。この場合、第二運転モードＱ２において、例えば複数のガスタービン要素のうち任意の１個以上のガスタービン要素を停止させてもよい。

【0077】

遮蔽壁３４５には、例えば第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とを連通する孔や隙間等が形成されていてもよい。この場合、第一空間Ａ１と第二空間Ａ２の圧力を均一にすることができる。
遮蔽壁３４５は、製造時に燃焼器４に対して着脱可能に取り付けられてもよい。

【0078】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0079】

１，２０１ ガスタービンシステム
２ 第一ガスタービン要素
３ 第二ガスタービン要素
４，３０４ 燃焼器
５ 熱交換器
２１ 第一圧縮機
２１ｂ （第一圧縮機の）出口
２２ 第一タービン
２３ 第一回転軸
２４ 第一発電機
３１ 第二圧縮機
３１ａ （第二圧縮機の）入口
３２ 第二タービン
３３ 第二回転軸
３４ 第二発電機
４１ 第一吸気口（吸気口）
４２ 第二吸気口（吸気口）
４３ 第一排気口
４４ 第二排気口
５８ （第一出口管の）中途部（接続部）
５９ （第二排出管の）中途部（接続部）
６１ 第一供給管
６２ 第二供給管
６３ 圧縮機連通管
６４ 第一出口管
６５ 第二出口管
６６ 第一排出管
６７ 第二排出管
６８ タービン連通管
７１ 第一開閉弁
７２ 第二開閉弁
７３ 第三開閉弁
７４ 第四開閉弁
７５ 第五開閉弁
２７６ 第六開閉弁
２７７ 第七開閉弁
２７８ 第八開閉弁
２７９ 第九開閉弁
２８０ 第十開閉弁
２８１ 第十一開閉弁
Ｍ１ 大出力運転モード
Ｍ２ 小出力運転モード
Ｑ１ 第一運転モード
Ｑ２ 第二運転モード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】