ブレイトンサイクル
歴史
編集等圧燃焼のガスタービン機関のサイクルは、もとは英国の技術者ジョン・バーバー(en)が1791年に提案して特許取得したものであるが、実際に該当する熱機関を作ったのはアメリカの技術者ジョージ・ブレイトン(en)であり、彼の名にちなんでブレイトンサイクルと呼ばれている。
ジョージ・ブレイトンは、1872年に「Ready Motor」と名づけた往復動式定圧燃焼機関の特許を申請した。その熱機関はピストン・シリンダ式の圧縮機と膨張機で構成されていた。気化器でガスと空気の混合気を作り、それを圧縮機で圧縮してリザーバー・タンクに溜める。それを膨張機に導き、膨張機へ入る直前でパイロット火炎により点火燃焼させて、膨張機で仕事を取り出す。膨張機はクランク軸を介して圧縮機に繋がり、圧縮機を駆動して残りの仕事が出力として取り出された。当初は石炭ガスを燃料としたが、後には灯油等の石油系燃料を使用した。揚水ポンプ、製粉、さらには船舶の推進などの用途に用いられた。また、1878年にジョージ B. セルデンはブレイトンの熱機関で駆動される四輪自動車を開発した。
ブレイトンサイクルという名称は、近年ではガスタービン機関の理論サイクルを表すのに用いられている。単純なガスタービン機関は、回転翼式の圧縮機とタービンおよび燃焼器で構成されており、ブレイトンの熱機関と同じブレイトンサイクルを行う。また、ターボジェット、ターボファンなどのジェット機関もブレイトンサイクルであり、空気取入れ口ディフューザが圧縮機前段の役割を担い、推力用ノズルがタービン後段の役割を担っている。
単純サイクル
編集圧力 | 比体積 | 絶対温度 | |
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1 | |||
2 | |||
3 | |||
4 | |||
、 、 |
再熱および圧縮機中間冷却
編集ブレイトンサイクル(ガスタービン機関)の出力は次の方法で増加させることが可能である。
再熱サイクル
編集圧縮機の中間冷却
編集再生サイクル
編集開放ブレイトンサイクル
編集軸・蒸気出力可変サイクル
編集- チェンサイクル : 過熱蒸気を燃焼器へ吹き込むものである。
- 二流体サイクル : 飽和蒸気と圧縮機より抽気した高温の圧縮空気とを混合して、燃焼器へ吹き込むものである。
密閉ブレイトンサイクル
編集半密閉ブレイトンサイクル
編集半密閉ブレイトンサイクルは、開放ブレイトンサイクルの排熱で密閉ブレイトンサイクルを動作させるものである。動作流体として腐食性の強い燃焼ガスが使用され、熱交換器が多く冷却水も必要となるなど、双方の欠点をあわせ持つものであった。
1950年代に実験的に発電に使用されたが、タービン素材の進歩により入口温度を上昇させることで排気温度が上昇し、蒸気タービンとのコンバインドサイクルが可能となって用いられなくなった。