JPS6044500B2 - ガスタービン・トランスミツシヨン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来の作用プロセスに従つて作動する自動車用ガスタ
ービンには、コンプレッサ及びこれを駆動する少くとも
一つのタービン・ロータから成るガス発生部と、少くと
も一つのパワータービン・ロータ及び少くとも一つの補
助タービン・ロータから成るタービン部とを含むものが
ある。

補助ロータからコンプレッサロータ及び／またはパワー
タービンヘの動力伝達を可能にするトランスミッション
手段を介して３種類のロータを連動させる。従来の作用
プロセスでは装置にかかる負荷が低い状態に於いて満足
な効率を得ることは極めて困難であり、無負荷回転時の
燃料消費を低下させることも困難である。このような問
題はタービン部及びコンプレッサ部に（幾何的形態を変
化させることのてきる）可調ガイド羽根を採用すると共
に、可分トルク・フロー及び／または直接減速ギヤを含
む自動可変トランスミッションを採用することによつて
軽減できる。しかし、この場合小型車に必要な低動力に
関連して冷却が大きな問題となり、生産コストも高くな
る。本発明は上記問題を解決するため、高負荷時にはタ
ービンとして部分負荷時にはターボ・ファンとして作用
するようにロータの一つを全く新規の態様に形成し、他
の一つまたは二つ以上の羽根部材を簡略化または省略で
きるようにした新規の複合作用プロセスを提案するもの
である。 固定ガイド羽根を有する公知のガスタービン
装置が部分負荷状態で作動すると、装置内を流動するガ
ス流量は速度及び圧力の低下に伴つて減少する。

最高タービン温度（Ｔｍａｘ）が、従つて、熱効率も低
下し、適正な部分負荷経済性を維持することが困難にな
る。理論上の最高熱効率（η廿）及び最高効率に比例す
る平均熱効率（ηを）はηｔｔ■ （Ｔｍａｘ−Ｔｏ）
／Ｔｍａｘの関係に従つてＴｍａｘに依存する。部分負
荷状態で作動する際にも温度をできるだけ高く維持する
ことが望ましい。高いＴｍａｘ及びこれに対応する高い
ηｔｔを維持するためには、コンプレッサタービンに於
ける圧力降下及び温度、及び／または空気（ガス）容積
が低下する時に前記コンプレッサタービンに作用する固
有負荷を高いレベルに維持するか、好ましくは高める必
要がある。部分負荷時に現われる他の温度低下要因を補
償するためには部分負荷状態の作動時にＴｍａｘを上昇
させることが好ましい。ロータの構成成分に作用する機
械的応力は速度低下に伴なつて軽減されるから、上記補
償の結果生ずるひずみに関しては問題とならない。但し
、熱損失及び酸化に対して断熱及び表面処理（またはセ
ラミック）の対抗処置が必要である。 本発明は、トラ
ンスミッション装置が部分負荷状態で動作する時、補助
タービンがコンプレッサタービンに負荷を作用させる。

即ち、ファンとして作用することによつて仕事量を増大
するように補助タービン及びそのトランスミツシヨンヘ
の取付けを構成することと、部分負荷状態及び所与のパ
ワータービン速度ですべてのタービン●ロータの上流ガ
ス温度が全負荷状態のガス温度とほぼ等しくなるように
燃焼室への燃料供給系を構成することとを提案する。本
発明装置は比較的高いタービン排気温度を利用する熱交
換器（予熱器）を含むことが好ましい。補助タービンの
羽根はファン領域内でも有効に作動するように構成する
。即ち、概ね直線状に且つ比較的細く、しかし丸みを帯
びた空気力学的に有利な入口縁を具備する。補助タービ
ンは全負荷及び中間負荷時にはタービンとして作用する
が、低負荷時（及びエンジン・ブレーキング時一この場
合補助タービンがコンプレッサタービン及び／またはパ
ワータービンによつ１て駆動される）にはファンとして
作用する。 部分負荷状態で行われるタービン部に於け
る再圧縮時の熱力学的損失は熱交換器て９０乃至９５％
まで回収され、次のタービン段に於いてある程度の熱利
得が得られる。本発明装置では再生利用不能・なトラン
スミッション及びオイル、クーラ−損失が軽減される効
果もあり、従つて装置全体にとつて利得が著しく増大す
る。またロータの慣性が小さいためタービンの急加速が
可能であり、従つて、極めて低い無負荷回路速度に於い
ても燃料消Ｊ費が少くてすむように装置を構成すること
ができる。この急加速は著しい温度上昇を伴なうことな
く達成されるから、排気中の有害物質の（Ｎｏｘ）含
有量は低くなり、燃焼室を簡略化させ、タービン構成成
分の耐用寿命も長くなる。るトランスミッション部材が
、上記補助タービン・ロータの回転速度の決定をさせる
可変型であることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
記載のガスタービン◆トランスミッション装置。

発明の詳細な説明従来の作用プロセスに従つて作動する
自動車用ガスタービンには、コンプレッサ及びこれを駆
動する少くとも一つのタービン・ロータから成るガス発
生部と、少くとも一つのパワータービン●ロータ及び少
くとも一つの補助タービン・ロータから成るタービン部
とを含むものがある。

補助ロータからコンプレッサロータ及び／またはパワー
タービンへの動力伝達を可能にするトランスミッション
手段を介して３種類のロータを連動させる。従来の作用
プロセスでは装置にかかる負荷が低い状態に於いて満足
な効率を得ることは極めて困難であり、無負荷回転時の
燃料消費を低下させることも困難である。このような問
題はタービン部及びコンプレッサ部に（幾何的形態を変
化させることのてきる）可調ガイド羽根を採用すると共
に、可分トルク・フロー及び／または直接減速ギヤを含
む自動可変トランスミッションを採用することによつて
軽減できる。しかし、この楊合小型車に必要な低動力に
関連して冷却が大きな問題となり、生産コストも高くな
る。本発明は上記問題を解決するため、高負荷時にはタ
ービンとして部分負荷時にはターボ・ファンとして作用
するようにロータの一つを全く新規の態様に形成し、他
の一つまたは二つ以上の羽根部材を簡略化または省略で
きるようにした新規の複合作用プロセスを提案するもの
である。固定ガイド羽根を有する公知のガスタービン装
置が部分負荷状態で作動すると、装置内を流動するガス
流量は速度及び圧力の低下に伴つて減少する。

最高タービン温度（Ｔｍａｘ）が、従つて、熱効率も低
下し、適正な部分負荷経済性を維持することが困難にな
る。理論土の最高熱効率（ηＴｔ）及び最高効率に比例
する平均熱効率（ηｔ）はηＴｔ＝（Ｔｍａｘ−ＴＯ）
／Ｔｍａｘの関係に従つてＴｍａｘに依存する。部分負
荷状態で作動する際にも温度をできるだけ高く維持する
ことが望ましい。高いＴｍａｘ及びこれに対応する高い
ηＴｔを維持するためには、コンプレッサタービンに於
ける圧力降下及び温度、及び／または空気（ガス）容積
が低下する時に前記コンプレッサタービンに作用する固
有負荷を高いレベルに維持するか、好ましくは高める必
要がある。部分負荷時に現われる他の温度低下要因を補
償するためには部分負荷状態の作動時にＴｍａｘを上昇
させることが好ましい。ロータの構成成分に作用する機
械的応力は速度低下に伴なつて軽減されるから、上記補
償の結果生ずるひずみに関しては問題とならない。但し
、熱損失及び酸化に対して断熱及び表面処理（またはセ
ラミック）の対抗処置が必要である。本発明は、トラン
スミッション装置が部分負荷状態で動作する時、補助タ
ービンがコンプレッサタービンに負荷を作用させる。

即ち、ファンとして作用することによつて仕事量を増大
するように補助タービン及びそのトランスミッションへ
の取付けを構成することと、部分負荷状態及び所与のパ
ワータービン速度ですべてのタービン●ロータの上流ガ
ス温度が全負荷状態のガス温度とほぼ等しくなるように
燃焼室への燃料供給系を構成することとを提案する。本
発明装置は比較的高いタービン排気温度を利用する熱交
換器（予熱器）を含むことが好ましい。補助タービンの
羽根はファン領域内でも有効に作動するように構成する
。即ち、概ね直線状に且つ比較的細く、しかし丸みを帯
びた空気力学的に有利な入口縁を具備する。補助タービ
ンは全負荷及び中間負荷時にはタービンとして作用する
が、低負荷時（及びエンジン・ブレーキング時一この場
合補助タービンがコンプレッサタービン及び／またはパ
ワータービンによつ易て駆動される）にはファンとして
作用する。部分負荷状態で行われるタービン部に於ける
再圧縮時の熱力学的損失は熱交換器で９０乃至９５％ま
で回収され、次のタービン段に於いてある程度の熱利得
が得られる。本発明装置では再生利用不能・なトランス
ミッション及びオイル●ク−ラー損失が軽減される効果
もあり、従つて装置全体にとつて利得が著しく増大する
。またロータの慣性が小さいためタービンの急加速が可
能であり、従つて、極めて低い無負荷回路速度に於いて
も燃料消ノ費が少くてすむように装置を構成することが
できる。この急加速は著しい温度上昇を伴なうことなく
達成されるから、排気中の有害物質の（ＮＯｘ）含有量
は低くなり、燃焼室を簡略化させ、タービン構成成分の
耐用寿命も長くなる。以下添付図面に従つて本発明の実
施例を詳述する。

第１図図示の装置はコンプレッサロータ１０、前記コン
プレッサロータ１０と同じ軸１２に取付けた第１タービ
ン・ロータ１１、以下パワー・タービンと呼称する第２
タービン・ロータ１３、及び補助タービン（ターボ・フ
ァン）としての第３タービン・ロータ１４から成る。

前記パワータービン１３及び補助タービン１４は軸１２
と同心関係の軸の周りに動作するが、互いに反対方向へ
動作するように構成してある。

三つのタービン●ロータ１１，１３，１４はすべて遊星
歯機構１５を介して相互に連動する。この歯車機構１５
は中間軸からの回転トルクの方向を、遊星歯車機構１５
へ入る前に反転させる遊び車１６を含む。遊星歯車機構
１５は補助タービン１４から遊星歯車機構１５の太陽歯
車を介して軸１２への、またはこの逆方向のトルク伝達
量を自動的に変化させる可変トランスミッション部材１
７と組合わされている。被駆動負荷を図では参照番号−
１８で示してある。本発明の主な用途は自動車用である
が、ほかにも種々の分野で応用できるから、負荷をこの
ように抽象的に図示した。ガス流を制御するため、コン
プレッサタービン１１とパワータービン１３との間に可
調ガイド羽根１９を設ける。本発明装置はほかに熱交換
器２０を含み、その燃焼室は図中参照番号２１で示して
ある。本発明の重要な構成要件は補助タービン１４を、
装置にかかる負荷が全負荷または適度に高い負荷である
時にのみタービンとして作用するが、低負荷及び小さい
部分負荷の時（及びエンジン制動時）にはファンとして
作用するように構成したことである。

以下第４図及び第５図に関連して補助タービンの効果及
びその羽根の形状を説明する。パワータービン側のガイ
ド羽根を再調整することにより、圧力降下の、即ち、速
度変換量（ＴｒａｎｓｆｅｒｉｎｔＯｖｅｌＯｃｉｔｙ
）及び温度降下の増大部分をパワータービン１３に割当
てることができる。このことはコンプレッサタービン１
１で部分的にこれを補助する補助タービン１４内の圧力
降下がその分だけ小さくなることを意味する。補助ター
ビン１４によつて形成された動力の一部は遊星歯車機構
１５を介してパワータービン１３及びコンプレッサター
ビン１１へ伝達されるが、得られる動力は調整されたガ
イド羽根１９による制約によつて低下する。第２図は第
１図図示装置を簡略化した実施態様を示す。

パワータービン１３は負荷８に直接接続されるのに対し
、補助タービン１４は減速比が一定の機械的トランスミ
ッション部材２５を介してコンプレッサスプールに接続
される。ほかにも種々のタイプのトランスミッションを
利用できることは云うまでもない。第３図は基本的には
第１図と同じ構成成分を示すが、ここでは出口端にパワ
ータービン１３を配置し、その前に可調ガイド羽根１９
を配置する一方、補助タービン１４をコンプレッサター
ビン１２の直ぐ下流に設け、コンプレッサの回転方向と
は逆方向に回転させる。

このように構成すれば、パワータービン１３の空気力学
上の出口エネルギーが全部タービン・パワーとして直接
利用できるのではなく、一部を出口拡散筒に於いて圧力
として再生利用し、熱交換器２０のガス・セクションに
於いて熱として回収することができる。

トルク及び効率に関する限りこの実施例はパワータービ
ン１３を中間段として取付けた装置ほど有利ではないが
パワータービン１３が失速またはそれに近い状態になつ
てもパワータービン１３より下流の羽根素子に高い速度
が作用することはない。従つて、この種の構成では常に
そうであるように軸断面に於けるガス速度、即ち、輸送
速度が音速以下なら拡散筒にマツハ衝ノ撃が起こること
なく超音速から亜音速への移行が可能となる。この意味
で第３図実施例は、高マツハ数に対応する極めて小さく
且精密なタービン羽根の構成が、生産コストの問題とな
り易い自動車用装置のコストダウンを可能にするものと
して特門に好ましい。全負荷及び部分負荷時に於ける作
用状態を図解した第４図及び第５図では、補助タービン
１４を最終段として配置した第１図の動力装置と、第２
段として配置した第３図の動力装置とについてフＢ線図
を示す。

全負荷状態を第４図及び第５図では厖で、部分負荷状態
を圓でそれぞれ示してあり、圧力曲線をＰＯ−Ｐ６で、
温度をＴ。

−Ｔｍａｘでそれぞれ示してある。第４図で、圧縮はＰ
１で始まり、Ｆ１点に於いてＰ６まで上昇する。

同時にある程度の温度上昇が起こり、次いで熱交換器及
び燃焼室に於いて熱が加わり、その結果、第１タービン
段への入口に相当するＦ２点に於いてＴｍａｘに達する
。第２タービン段への入口に相当するＦ３及び第３ター
ビン段への入口に相当するＦ４点に於いて膨脹が起こる
、即ち、圧力及び温度が図示の値まで降下する。第３段
の下流巳点でガスが熱交換器を通つて大気中へ流れ、Ｆ
７点で不可避の圧力及び温度損失が起こる。加熱される
のがＴＩまで圧縮された空気であるから、簡略化のため
図では圧力損失を示していない。

熱交換器に於ける熱損失はΔＬＦで示してあり、熱交換
器下流に於いて温度Ｔ■が得られる。排気口の温度は周
囲空気の温度（ＴＯ）＋ΔＴ４となる。即ち、熱上昇は
圧縮によるものがΔＴＩｌ熱交換器によるものがΔＴ■
、燃焼室によるものがΔＴ■である。

排気口に於ける熱損失はΔＴ４である。従来は部分負荷
時に空気流を減少、即ち、パワータービンへのガイド羽
根を通る流路面積を狭めるだけＰ）、あるいはコンプレ
ッサタービンに動力を消耗する機械的負荷を課すること
によつて部分負荷温度を上昇させた。

第１の方法はある程度の流量損失を生じ、この損失はそ
の一部を熱として再生利用てきるに過ぎず、第２の方法
では回収不能な摩擦損失を生ずる結果となるから、どち
らの方法も効率低下を意味する。第２の方法はまた、摩
擦によつて発生する熱を冷却する際に余分な動力が消費
され、これも効率を低下させ、装置コストを高める要因
となる。本発明の装置では、部分負荷状態に於ける最高
温度及び効率がほぼ全負荷状態と同じレベルに維．持さ
れる。

また、特にすぐれた部分負荷経済性を得るため、部分負
荷状態でのＴｍａｘを増大させることができる。但し、
そのためには（例えば表面処理またはセラミックのよう
な）耐酸化材が必要である。図示のような部分負荷の場
合には、圧縮によつて圧力がＰ４まで上昇し、Ｄ１点か
らＤ２点にかけて、熱交換器からの回収ΔＴ２及び燃焼
室による加熱ΔＴ３により温度が上昇し、Ｔｍａｘに於
いて膨脹が開始できるようになる。

第２タービン段への入口に於ける状態をＤ３点で、第３
タービン段への入口に於ける状態をＤ４点でそれぞれ示
してある。即ち、第２タービン段に於ける膨脹はＰ１点
以下までの低下を意味する。次いでＤ５点で圧縮及びこ
れに対応する温度上昇が起こる。このことは第２タービ
ン段、即ち、パワータービンに於ける圧力降下が増大す
る反面、圧縮を行うのに必要な動力がコンプレッサター
ビンに負荷を加えることを意味し、結果として好ましい
部分負荷制御が得られる。ファン損失の約９５％が熱交
換器に於いて回収され、同時にトランスミッション損失
が減少する。この実施例でも熱交換器に於ける不可能な
熱損失ΔＬＤは甘受せざるを得ないが、コンプレッサ下
流で空気は温度Ｔ１まで上昇するに過ぎない。従つて、
熱交換器に於ける熱回収は比較的高く、これが経済性を
高める重要な要因であることは云うまでもない。極めて
負荷が低い状態に於いても高いＴｍａｘを維持できるこ
とが本発明の重要な構成要件であり、すぐれた燃料経済
性につながる。本発明装置はまた極めて迅速な加速と、
コンプレッサに於ける無負荷最低回転速度の低下を可能
にするから、無負荷回転時の燃料消費も低くなる。セラ
ミック断熱を採用することが好ましい。第５図でも同じ
参照符号が使用されている。部分負荷状態ではＤ２点に
於いてＴｍａｘに達する。ガスは第１タービン段でＤ３
まで膨脹し、次いで第２タービン段でＤ４まで圧縮され
、第３タービン段で再びＤ５まで膨脹する。タービン／
ファン損失は最終タービン段で熱として再生利用され、
残留熱は熱交換器に於いて回収される。例えば上流にガ
イド羽根を使用しなくても補助タービンをタービンとし
てだけでなくファンとして作用させることができるため
には回転羽根を特殊な構成にしなければならない。

第６図及び第７図から明らかなように、補助タービン１
４の羽根３０は概ね直線的であり、著しく細い。流入角
度は例えば質量流量、速度、出力などのような所期の構
造データを考慮して選択しなければならない。この段の
羽根格子は僅かな収縮または偏向を提供するように構成
する。第６図は第１図図示装置の羽根構成を示し、コン
プレッサタービンの羽根は省略されている。

コンプレッサタービンの羽根はパワータービン●口ータ
１３の羽根３１と同様、その構成は在来方式である。ガ
イド羽根１９の位置を調整すればパワータービン羽根３
１への好ましい流入角度が得られる一方、ガス流量を変
化させることができる。対向回転方式を採用すれば補助
タービン１４とパワータービン１３との間にガイド羽根
を設けなくても補助タービン１４入口に好ましいガス流
条件が得られる。二通りのガス流量ｍ１及びＭ２に関し
てパワータービン羽根３１及び補助タービン羽根３０の
共通速度三角形を図示してある。パワータービン１３の
速度をＵ１とし、これと反対方向に回転する補助タービ
ン１４の速度をＵ２とする。全負荷時に相対人口速度が
Ｗ１なら羽根はタービンとして作用し、部分負荷時に相
対人口速度がＷ２なら羽根はファンとして作用する。羽
根３０に於ける入口速度は概ね羽根３１からの相対出口
速度に相当する。この偏差が正であるか負であるかに応
じて補助タービン１４はタービンとして作用するかまた
はファンとして作用する。即ち、パワータービン１３へ
出力を供給するか、逆に出力を吸収する。第６図及び第
７図に於いてｍ１は全負荷時の質量流量であり、Ｍ２は
部分負荷時の質量流量である。

β１は（固定）通路に対する流入角度であり、β２は（
固定）通路からの流出角度である。ｍ１時に於いてβ１
１−β１２〉０なら補助タービン１４はタービンとして
作用し、Ｍ２時に於いてβ２１−β２〈０ならファンと
して作用する。第７図ではコンプレッサタービンの羽根
を４１、補助タービン１４の羽根を４２、パワータービ
ンの羽根を４３とする。

羽根４１及び４３の構成は従来方式であるが、補助ター
ビンの羽根４２は第６図図示の羽根３０と同様に直線的
な細い形状を具える。可調ガイド羽根１９は特殊な構成
を具える。即ち、固設頭部４４と可調尾部４５、または
逆に可調頭部４４ａと固設尾部４５ａとから成る。第８
図は所与のスロットル位置及び一定負荷に於けるコンプ
レッサ速度ＮＣｌガス流量ｍ１最高温度Ｔｍａｘ及びト
ルク出力Ｍｘ間の関係を示す。

パワータービン１３の出口エネルギーはコンプレッサタ
ービンを補助する補助タービン１４に直接転移されるか
ら、上記パラメータはパワータービン１３の速度が低下
するにつれて増大する。トルクの転移量はコンプレッサ
の出力及び速度の増大、従つて空気流量の増大によるパ
ワータービンの減速に伴なつて著しく増大する。このト
ルク伝達量増大は本発明の構成要件の一つであるタービ
ン温度増大（Ｔｍａｘ）による質量流量の増大でさらに
著しくなる。コンプレッサ速度及びガス流量は所与のパ
ワータービン速度に於いて低下するが、例えばＴｍａｘ
はあらかじめプログラムされた制御系によつて定められ
た所与の質量流量（ｍ） ・パワータービン速度（ＮＤ
Ｔ）比に於いてほぼ一定に維持される。

第９図は第１図図示の歯車機構を、補助タービン１４と
遊星歯車機構１５との間に可変トランスミッション１７
を挿入することによつて改良したものである。

この構成では補助タービン１４を広い操作範囲に亘つて
変速することになり可変トランスミッション１７を完全
に利用できる。しかもガイド羽根１９を省略できるから
、ガイド羽根を全く採用せず三つの対向回転ロータ１１
，１３，１４で装置を作動させることができる。タービ
ン１３が失速または低速状態にある時でも、高い入ロマ
ツハ数が補助タービン１４に現われることはない。なぜ
なら高速で作動している補助タービン１４に作用する相
対人口速度は比較的小さく、従つて入口損失が著しく軽
減されるからである。ガイド羽根を不要にする可変トラ
ンスミッション１７は従来装置のように補助タービン・
トルクの３０−４０％ではなくすべてを処理できるよう
に構成するのが好ましい。このように簡略化し且つ小型
化″したタービン装置は特に動力基準がコスト軽減ほど
重要でない小型車の場合に有意義である。本発明装置は
例えば初めの２段１１，１３にセラミックタービン・ロ
ータを、第３段１４に慣性容量の高い金属ロータをそれ
ぞれ使用する場合に好適−である。このように構成すれ
ば急加速が可能となる。小型装置の場合、可変素子とし
て安価なベルト駆動トランスミッションを採用すればよ
い。ロータ軸を支持するには空気軸受を採用するのが好
ましい。損失が小さく且つ軸受間隙、即ち、羽根ノ先端
とこれを囲むケーシングとの間隙が小さいからである。
第１０図は出力軸が歯車５０を介して遊星歯車機構１５
のリング・ホィール５１と連動するように構成した実施
例を示す。

リング・ホィール５１が失速及び停止状態にあり、従つ
て出力軸が回転していない時、補助タービン１４及びパ
ワータービン１３はそれぞれ遊星歯車機構１５のホィー
ル・キャリア及び太陽歯車と共に回転する。太陽歯車に
連動させた中間タービン段１４は最高速度で回転し、補
助タービンと考えることができ、最終タービン段１３は
もつと低速で（例えば補助タービン速度の約３０−４０
％）回転し、パワータービンと考えることができる。こ
のように構成すればパワータービン１３からの空気力学
的出口損失が軽減され、偏向及びマツハ数損失は第２及
び第３タービン段に亘つて比較的均等に分布される。こ
の実施例に於いて可変トランスミッション１７は３種の
流体力学的トルク・コンバータ、即ち、ポンプ、タービ
ン及びステーターを固設ケーシング内に具備する。最高
の効率を得るため、ポンプ・ロータを囲むようにタービ
ン・ロータを構成すると共に歯車機構と近接させて取付
け、可変ステータをケーシングの遠隔側に設けることに
より、サーボ制御手段に取付け易く且つ簡単に保守でき
るようにする。トランスミッション１７は常規の作動時
に於ける流量損失が低くなるように（コンバータ効率が
９０％、トルク比が２０−３０％の状態で総出力の約２
−３％）補助タービン１４のトルクよりも低いトルクに
構成するのが好ましい。トランスミッション１７のケー
シングに適当な冷却フランジを設けると共に、ファン及
び通気加熱制御手段を設ければ、熱損失を車内暖房また
はエア・コンディショニングに利用できる。ガス●ター
ビンにもトランスミッションにも同種の潤滑油を使用で
きるから、一つのポンプ、一つのフィルター、一つの油
溜め及び一つの進入口を設けるだけでよい。トランスミ
ッション１７には必要に応じて迂回できるようにクラッ
チ及び／またはフリー・ホィールを設ける。第１０図の
実施例には種々の改変を加えることができる。遊星歯車
機構１５の小径部分と咬合する第２リング・ホィールを
設け、これをブレーキ５２と連動させれば、反転時に高
いトルク比が得られる。また、平板クラッチ、円錐クラ
ッチなどの適当なりラッチを介して遊星歯車機構１５の
二つの成分を相互に連動させれば直接駆動が得られる。
エンジンのブレーキ性能を高めるためには適当な位置に
フリー・ホィール及び／またはクラッチを設ければよい
。このほかにも種々の改変が可能である。第１１図の実
施例では遊星歯車機構１５に、第１図及び第３図の簡単
な遊星歯車機構１５とは異なる第１０図図示のような多
段遊星歯車６０を設ける。

この実施例では出力軸を遊星歯車機構６０のリング・ホ
ィール６１と連動させる。図示の構成では、遊星歯車キ
ャリア６４にリング・ホィールを固設し、無負荷回転ホ
ィール（遊び車）１６を介してパワー・タービン１３の
回転軸に設けたピニオン６３と咬合させることによつて
簡単に反転駆動が得られる。遊星歯車キャリア６４はク
ラッチ６５によつてロックすればよい。補助タービン１
４に於ける最大動力を可能にするにはクラッチ６５によ
つてパワー・タービン１３を失速させると同時に、（図
示しないが）両タービン間のガイド羽根を再調整してパ
ワー・タービン１３／補助タービン１４、ガイド羽根区
間の抵抗をできるだけ小さくする。即ち、案内羽根がパ
ワー・タービン１３の上流に位置するか下流に位置する
かに関係なく、最良流量条件を可能にする角度位置に前
記ガイド羽根を調整する。遊星歯車キャリア６４がロッ
クされている時、遊星歯車機構１５は、全トルクを供給
する補助タービン反転歯車機構として作用し、左側太陽
歯車６６を介してリング・ホィール６１を駆動し、出力
軸を常規作動時と反対の方向へ駆動する。即ち、反転駆
動が得られる。この実施例では可変トランスミッション
１７が右側太陽歯車６７と連動する。第１２図は好まし
くは真空下で作用する高速回転はずみ車式アキュムレー
タ７０を補足した実施例を示す。

はずみ車７０は補助タービンから余剰動力を蓄積される
が、これは本発明に於ける常規の蓄積方式である。但し
、この蓄積は例えば下り坂を走行している時やエンジン
●ブレーキング時に手動または自動的にクラッチをスイ
ッチ●インする場合のように車自体から供給することも
できる。動力の蓄積及び回収に関してはクラッチ７１，
７２及びフリー・ホィール７３によつて高い自由度が得
られる。

即ち、小型ガス・タービンを追加するか、または場合に
よつてこの小型ガス・タービンと共に標準出力比のガス
・タービンを追加するために前記動力を利用することが
できる。また、例えばガレージのように特別な注意を守
らねばならない屋内で操従する際にガス・タービンを停
止させ、蓄積動力を一時的に駆動手段として利用するこ
ともできる。トルク吸収が極めて低くなるように遊星歯
車機構１５、クラッチ部材７１，７２及びタービンのガ
イド羽根を適当に調整すれば、タービン系に於ける損失
は極めて低くなる。はずみ車式アキュムレータ７０の代
りに、発電機／電動機組合わせ装置を含む電気的アキュ
ムレータを採用してもよい。以上に述べた装置は救急車
、コースの途中、屋内で操従しなければならないトラッ
ク、タクシー、その他騒音及び／または排出物を伴なわ
ない輸送に使用される車輛に特に好適である。上述のよ
うに、可変ステータの代りに固定ステータ及び可変トラ
ンスミッションを採用してもよく、無限可変トランスミ
ッションを含むいくつかの用途に於いては、一つまたは
二つ以上のステータを省くことができる。

この場合、自動手段、可変トランスミッションに於ける
ギヤ比及びロータ羽根プロフィールの適当な形状を適宜
組合わせることになる。以上に述べた本発明は図示実施
例に限定されるものではなく、発明の基本原理の範囲内
で各構成成分に種々の改変を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明タービン装置のいくつかの実
施例を示す簡略図であり、第４図及び第５図はそれぞれ
（タービン／ファン兼用装置を含む）第１図及び第３図
図示装置の新しい動作プロセスを示すＢ線図であり、第
６図及び第７図は補助タービンの羽根構成を示す拡大図
であり、第８図は補助タービンの速度に関する動作条件
を示す線図であり、第９図乃至第１２図は本発明装置の
他のいくつかの実施例を示す簡略図である。 １０・・・・・・コンプレッサ、１１・・・・・・コン
プレッサタービン、１２・・・・・・軸、１３・・・・
・・パワータービン、１４・・・・・・補助タービン、
１５・・・・・遊星歯車機構、１７，２５・・・・・・
トランスミッション、１８・・・・・駆動負荷、１９・
・・・・・可調ガイド羽根、２０・・熱交換器、２１・
・・・・・燃焼室、５２・・・・・・ブレーキ、６０・
・・・・・多段遊星歯車、６５，７１，７２・・・・・
・クラッチ、７０・・・・・はずみ車アキュムレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 調整可能な燃料供給部材を有する燃焼室と、コンプ
   レッサ及びこれを駆動して上記燃焼室へ空気を給送する
   少なくとも一つのタービン・ロータからなるコンプレッ
   サ部と、負荷に連結された少なくとも一つのパワーター
   ビン・ロータを含むタービン部と、上記燃焼室からの共
   通ガス流路内に配設された少なくとも一つの補助タービ
   ン・ロータと、からなり、最高温度（Ｔｍａｘ）で且つ
   全負荷状態で作動するガスタービン・トランスミッショ
   ン装置であつて、上記パワータービン・ロータ１３が従
   来の型の羽根３１，４３を有し、上記補助ロータ１４が
   、上記パワータービン・ロータの羽根に比較してほぼ真
   直ぐで且つ細い羽根３０，４２を有し、かくして上記補
   助ロータが全負荷状態或いは適度な高負荷状態の時にタ
   ービンとして作動し且つ低及び部分負荷状態の時にはフ
   ァンとして作動することと、上記補助ロータ１４と上記
   コンプレッサ駆動タービン・ロータ１１とを相互連結し
   且つトルクを両方向へ伝達させるトランスミッション部
   材１５，１７を含むことと、上記補助タービン・ロータ
   の回転速度を決定する部材１９を含むことと、上記燃焼
   供給部材が、部分負荷状態及び所与のタービン速度で、
   すべてのタービン・ロータの上流におけるガス温度が上
   記Ｔｍａｘとほぼ等しくなるべくガス温度を与えること
   と、を特徴とするガスタービン・トランスミッション装
   置。 ２ 前記少なくとも一つの補助ロータ１４が、何等のガ
   イド羽根の仲介もなしに、先行するタービン・ロータ１
   ３から直接ガス流を受けるように取付けられていること
   と、前記補助タービンの回転速度を決定する部材が少な
   くとも一つのパワータービン・ロータにおける調節可能
   な固定入口ガイド羽根１９を含むことと、を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のガスタービン・トランス
   ミッション装置。 ３ 前記少なくとも一つの補助ロータ１４が前記少なく
   とも一つのパワータービン・ロータ１３の直ぐ下流に位
   置することと、前記トランスミッション装置が更に、諸
   タービン・ロータを出るガスに含まれている残留熱を前
   記燃焼室に入れられた空気に伝達する空気予熱用熱交換
   器２０を含んでいることと、を特徴とする特許請求の範
   囲第２項に記載のガスタービン・トランスミッション装
   置。 ４ 前記補助タービン・ロータ１４と前記コンプレッサ
   駆動タービン・ロータ１１とを相互連結するトランスミ
   ッション部材が、上記補助タービン・ロータの回転速度
   の決定をさせる可変型であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載のガスタービン・トランスミッショ
   ン装置。