JP7519791B2 - 電源装置、および飛行体 - Google Patents

Description

本発明は、飛行体用の電源装置、および、それを備えた飛行体に関する。

モータ等の電動の駆動源を備えた電気推進式の飛行体が提案されている。例えば、特許文献１には、エンジン（燃焼機関）で発電機の回転シャフトを回転させることで電力を生成し、当該電力によりモータを駆動する電気推進式のヘリコプタが開示されている。

米国特許第９２４８９０８号明細書

エンジンを用いて発電機の回転シャフトを回転させる方式の電源装置では、高温高圧となった燃焼ガスをエンジンから排出する。そのため、当該燃焼ガスの熱エネルギを利用することができれば、発電機の発電効率を向上させるのに有利になりうる。

そこで、本発明は、エンジンと発電機とを有する電源装置において発電効率を向上させるために有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての電源装置は、飛行体の電力負荷に電力を供給する電源装置であって、回転軸を有する発電機と、前記回転軸を回転駆動するエンジンと、前記飛行体の機体の外部に配置され、前記発電機および前記エンジンを収容するハウジングと、前記エンジンから排出される燃焼ガスと前記エンジンに供給される空気との熱交換を行う熱交換器と、を備え、前記エンジンは、空気と燃料との混合気体を燃焼させ、それにより生じた燃焼ガスを排出する燃焼室を有し、前記燃焼室は、前記回転軸を延長した軸を中心とする周方向に沿って、当該軸を囲うように前記ハウジング内に配置され、前記熱交換器は、前記燃焼室によって囲まれるように配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、エンジンと発電機とを有する電源装置において発電効率を向上させるために有利な技術を提供することができる。

第１実施形態の電源装置を備えた飛行体の模式図 第１実施形態の電源装置の外観図 第１実施形態の電源装置の断面図 第１実施形態の電源装置の後部構造を示す拡大断面図 熱交換器を斜め後方から見たときの熱交換器の斜視図 第１閉塞部材を取り外した状態を示す図 熱交換器を斜め前方からみたときの熱交換器の斜視図 位置Ａにおける熱交換器のＹＺ断面図 位置Ｂにおける熱交換器のＹＺ断面図 位置Ｃにおける熱交換器のＹＺ断面図 隔壁部材の展開図 第２実施形態の電源装置の後部構造を示す拡大断面図 第２熱交換器の熱交換部材の形状例を示す図

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内での構成の変更や変形も含む。また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明に必須のものとは限らない。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の電源装置１を備えた飛行体１００の模式図である。図中、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ、飛行体１００の前後方向、幅方向（左右方向）、上下方向を示す。本実施形態の飛行体１００は、モータ１０５、１０６を駆動源とした電気推進式の飛行体であり、特にヘリコプタである。

飛行体１００は、キャビン（客室、操縦室）を有する機体１０１と、機体１０１の上部に設けられたメインロータ１０２と、機体１０１の後部に設けられたテールロータ１０３と、スキッド１０４とを含む。モータ１０５は、メインロータ１０２を回転させる駆動源であり、モータ１０６は、テールロータ１０３を回転させる駆動源である。モータ１０５、１０６は、バッテリ１０７から電力が供給され、制御装置１０８によって駆動が制御される。また、バッテリ１０７には、電源装置１で発電された電力が不図示のケーブルを介して供給される。本実施形態では、電源装置１で発電された電力を機体１０１のバッテリ１０７に供給する構成としているが、バッテリを介さずに、電源装置１で発電された電力をモータ１０５、１０６に直接供給する構成としてもよい。

電源装置１は、機体１０１の外部に配置され、複数の連結機構３によって機体１０１に連結されている。本実施形態の場合、電源装置１は、Ｙ方向において左右のスキッド１０４の間に配置され、機体１０１の底壁に吊り下げられて支持されている。このように電源装置１を機体１０１の外部に配置することで、電源装置１が機体１０１の内部空間を専有することを回避することができ、キャビンの拡大や他の構成部品のレイアウト性の向上、電源装置１のメンテナンス性の向上を図ることができる。

次に、電源装置１について、図２～図４を参照しながら説明する。図２は電源装置１の外観図を示し、図３は電源装置１の断面図（内部構造）を示している。また、図４は、電源装置１の後部構造を示す拡大断面図を示している。なお、以下で説明する図面において、破線矢印は燃焼前の気体の経路を示し、実線矢印は燃焼後の気体の経路を示している。

電源装置１は、その外壁を形成する中空のハウジング２を備える。ハウジング２は、Ｘ方向に長い外形（即ち、Ｘ方向に細長いポット型の外形）を有している。機体１０１の外部に配置されるハウジング２がこのような外形を有することにより、飛行体１００の前進飛行中の空気抵抗を低減することができる。本実施形態のハウジング２は、その胴体部分が円筒形状を有しているため、横風の影響をより小さくすることができる。また、ハウジング２の先端部は、前側に向かって縮径するテーパ形状を有する。本実施形態では、ハウジング２の先端部が半球形状に構成されているが、三角錐形状であってもよい。このように先端部をテーパ形状に構成することにより、飛行体１００の前進飛行中の空気抵抗をさらに低減することができる。ここで、ハウジング２の形状は、円筒形状に限られず、角筒形状等や他の筒形状であってもよく、ハウジング２が円筒形状の部分と角筒形状の部分とを含んでいてもよい。

また、ハウジング２には、ハウジング２と機体１０１とを連結する複数の連結機構３が設けられる。連結機構３は、飛行体１００の前後方向に離間してハウジング２に複数設けられ、ハウジング２と機体１０１とを連結する。本実施形態のハウジング２は、前側に１つ、後側に１つの計２つの連結機構３を備え、機体１０１から離間して複数（２つ）の連結機構３によって連結されている。連結機構３は、電源装置１（ハウジング２）と機体１０１とを着脱自在に連結するものであり、その構造としては、ボルトとネジ穴による締結構造であってもよいし、フックと穴による係合構造であってもよい。電源装置１（ハウジング２）が機体１０１に対して着脱自在であることにより、電源装置１の交換の容易性や、メンテナンス性を向上させることができる。

ハウジング２の内部には、発電部４と燃料タンク（貯留部）５とが収容される。発電部４は、ガスタービンエンジン１０と、ガスタービンエンジン１０の出力により発電する発電機２０とを含む。燃料タンク５は、ガスタービンエンジン１０の燃料（メタノールやガソリン等）を貯留する。ガスタービンエンジン１０、発電機２０および燃料タンク５は、飛行体１００の前後方向（Ｘ方向）、即ちハウジング２の長手方向に沿って配列されることが好ましい。本実施形態では、飛行体１００の前後方向において、ガスタービンエンジン１０と燃料タンク５との間に発電機２０が配置される。また、ガスタービンエンジン１０と発電機２０とは共通の回転軸６上（同軸上）に設けられ、ガスタービンエンジン１０が回転軸６を回転駆動することで、発電機２０が発電することができる。このような構成により、ガスタービンエンジン１０と発電機２０とをスペース的に無駄なく配置し、コンパクト化を図ることができる。なお、発電部４（発電機２０）で発電された電力は、不図示のケーブルを介して機体１０１のバッテリ１０７に供給されて蓄電される。

ガスタービンエンジン１０は、インペラ１１とデフューザ１２とを含む圧縮機を備える。インペラ１１は回転軸６に取り付けられており、吸気口Ｐｉから取り入れられた空気が、インペラ１１の回転によりデフューザ１２および流路１２ａを介して熱交換器３０に送出される。流路１２ａは、デフューザ１２から送出された圧縮空気を熱交換器３０までガイド（案内）するための通路であり、ハウジング２に沿って形成されうる。また、熱交換器３０は、デフューザ１２から送出された空気と燃焼室１４で燃焼されて高温高圧となった燃焼ガスとの熱交換（熱エネルギの交換）を行うユニットであり、その詳細な構成については後述する。熱交換器３０において熱エネルギが付与された空気は、熱交換器３０の出口に設けられたガイド部材１９ａを介して圧縮室１３に送出される。

圧縮室１３は、ガスタービンエンジン１０を囲う筒状の外周ケース（ハウジング２）と、その内側に配されて排気管１７の外壁を構成する筒状の内周ケースとの間に画定された密閉空間である。圧縮室１３内に保持された圧縮空気は、燃焼室１４の周壁に設けられた開口部１４ａから燃焼室１４内に取り込まれる。燃焼室１４は、回転軸６を延長した軸（中心軸ＣＡ）を中心とする周方向に沿って、当該中心軸ＣＡを囲うように配置される。燃焼室１４には、燃料噴射ノズル１５が設けられており、供給ポンプ８（供給部）により配管を介して燃料タンク５から供給された燃料が、燃料噴射ノズル１５により燃焼室１４内に噴射される。始動時には、不図示の点火装置により燃焼室１４内の混合気体が点火され、その後、燃焼室１４内で混合気体の燃焼が継続的に発生する。燃焼室１４内で高温高圧となった燃焼ガスは、タービンノズル１６から筒状の排気管１７へ噴出され、回転軸６に取り付けられたタービン１８を回転させる。また、燃焼ガスは、ガイド部材１９ｂにより熱交換器３０内に供給されるようにガイド（案内）され、熱交換器３０を介して、電源装置１（ハウジング２）の後部に設けられた排気口Ｐｏから後方へ排出される。

回転軸６には、インペラ１１と、タービン１８と、後述する発電機２０のロータ２１（永久磁石等）とが設けられており、タービン１８の回転により、インペラ１１およびロータ２１を一体的に回転させることができる。なお、本実施形態の場合、ガスタービンエンジン１０は、専ら発電機２０の駆動を目的としたものであり、排気流を飛行体１００の推進力に積極的に利用することは想定されていないが、補助的な推進力として利用する態様であってもよい。

発電機２０は、回転軸６に取り付けられた永久磁石等のロータ２１と、ロータ２１の周囲に配設されたコイル等のステータ２２とを含む。ガスタービンエンジン１０により回転軸６が回転し、それに伴って、回転軸６に取り付けられたロータ２１が回転することにより、ステータ２２で発電することができる。また、ステータ２２の周囲には、ステータ２２を冷却するためのフィン２３が、回転軸６の周方向に複数設けられている。複数のフィン２３は、吸気口Ｐｉから取り入れられた空気が導風される空間に配置されており、当該空気が複数のフィン２３の間を流れることにより、複数のフィン２３が冷却され、それに伴ってステータ２２を冷却することができる。

また、発電部４は、発電制御部４０を備える。発電制御部４０は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵに代表されるプロセッサ、半導体メモリ等の記憶デバイス、外部デバイスとのインタフェース等を含み、ガスタービンの駆動および発電機２０の発電を制御する。発電制御部４０は、発電機２０の発電を制御する回路、および、ガスタービンエンジン１０の駆動を制御する回路を含むように構成されてもよい。発電制御部４０は、機体１０１のバッテリ１０７を電源として使用してもよいが、電源装置１（ハウジング２内）に蓄電池（バッテリ）を設けておき、その蓄電池を電源として使用してもよい。

上述したように電源装置１を機体１０１の外部に配置することにより、飛行体１００の機体１０１の設計自由度を向上させることができる。例えば、機体１０１内のキャビンスペースをより広く確保し、乗員の快適性を向上させることができる。また、電源装置１の稼働による騒音や振動が、電源装置１を機体１０１内に設けた場合よりも低減され、静粛性を向上させることができる。また、電源装置１を機体１０１内に設けた場合よりも、電源装置１の内部にアクセスしやすく、そのメンテナンスも容易化し、設備負担を軽減することができる。機体１０１とは別に電源装置１の単独での開発が可能であり、量産前の各種認定試験や型式認定も容易になり、早期の量産化が可能になる。さらに、電源装置１は、飛行体１００の前後方向に長い形状、即ち、正面投影面積が小さい低空気抵抗形状を有しているため、電源装置１を機体１０１の外部に配置した構成であっても、飛行体１００の燃費性能を大きく低下させることはない。

次に、熱交換器３０について説明する。本実施形態の電源装置１は、ガスタービンエンジン１０により高温高圧となった燃焼ガスを排出口Ｐｏから排出する。この燃焼ガスは、非常に高い熱エネルギを有しているため、その熱エネルギを利用することができれば、発電機２０の発電効率を向上させるのに有利になりうる。そこで、本実施形態の電源装置１は、ハウジング２の外部から取り込まれてデフューザ１２から送出された空気と燃焼室１４で燃焼されて高温高圧となった燃焼ガスとの熱交換（熱エネルギの交換）を行う熱交換器３０（熱交換部）を有する。

図５～１０は、本実施形態の熱交換器３０の構成例を説明するための図である。図５は、熱交換器３０を斜め後方から見たときの熱交換器３０の斜視図であり、図６は、図５に示す熱交換器３０において、第１閉塞部材３４を取り外した状態を示している。図７は、熱交換器３０を斜め前方からみたときの熱交換器３０の斜視図である。また、図８は位置Ａにおける熱交換器３０のＹＺ断面図を示し、図９は位置Ｂにおける熱交換器のＹＺ断面図を示し、図１０は位置Ｃにおける熱交換器３０のＹＺ断面図を示している。位置Ａ～Ｃは、飛行体の前後方向（Ｘ方向）における位置であり、図５～図７において矢印で示されている。

熱交換器３０は、燃焼室１４の内側、具体的には、燃焼室１４で燃焼されて高温高圧となった燃焼ガスが排出される排気管１７の内部に配置される（取り付けられる）。図３～図４に示す例では、熱交換器３０は、排気管１７の外壁を構成する筒状の内周ケースの内側に取り付けられている。本実施形態の熱交換器３０は、外周部材３１と、内周部材３２と、隔壁部材３３と、第１閉塞部材３４と、第２閉塞部材３５とを含みうる。

外周部材３１および内周部材３２は筒状（例えば円筒状）の部材である。
外周部材３１は、排気管１７の外壁を構成する内周ケースの内側に嵌め込むことができるように、当該内周ケースの内径より小さい外形を有するように構成される。一例として、外周部材３１は、当該内周ケースの内径より僅かに小さい外形を有するように構成されるとよい。また、外周部材３１は、後述する空気流路ＦＰ_AIRが位置する領域のうち第２閉塞部材３５側（＋Ｘ方向側）の一部に開口部３１ａ（第１開口部）を有する。この開口部３１ａは、ガイド部材１９ａを介して圧縮室１３に接続されており、空気流路ＦＰ_AIRを通った圧縮空気は、開口部３１ａからガイド部材１９ａを介して圧縮室１３に送出される。

内周部材３２は、外周部材３１より小さい径を有し、外周部材３１の内側に配設される。内周部材３２には、後述するガス流路ＦＰ_GASが位置する領域のうち第１閉塞部材３４側（－Ｘ方向側）の一部に開口部３２ａ（第２開口部）を有する。この開口部３２ａは、ガス流路ＦＰ_GASを通った燃焼ガスを内周部材３２の内側にガイド（案内）するためのものである。つまり、ガス流路ＦＰ_GASを通った燃焼ガスは、開口部３２ａから内周部材３２の内側に送出された後、後述する第１閉塞部材３４の開口部３４ｂを介して熱交換器３０の外部（電源装置１の外部）に排出される。

外周部材３１と内周部材３２との間には、デフューザ１２から送出された圧縮空気が通る空気流路ＦＰ_AIR（第１流路）と、燃焼室１４で燃焼されて高温高圧となった燃焼ガスが通るガス流路ＦＰ_GAS（第２流路）とを仕切る（隔離する、分離する）ための隔壁部材３３が設けられる。隔壁部材３３は、空気流路ＦＰ_AIRを流れる圧縮空気とガス流路ＦＰ_GASを流れる燃焼ガスとの熱交換が効率よく行われるように、金属など熱伝導率の高い材料で構成されるとよい。また、隔壁部材３３は、周方向（Ｘ軸周りの回転方向）において空気流路ＦＰ_AIRとガス流路ＦＰ_GASとが交互に配置されるように構成されるとよい。本実施形態の場合、隔壁部材３３は、空気流路ＦＰ_AIRおよびガス流路ＦＰ_GASがそれぞれハウジング２の長手方向（Ｘ方向）に沿って延設されるように構成される。一例として、隔壁部材３３は、図６や図８～図１０に示されるように、プレート（例えば１枚の金属プレート）をひだ状に折り曲げて周方向（Ｘ軸周りの回転方向）に丸めた形状を有し、外側の面が外周部材３１の内壁に接続され、内側の面が内周部材３２の外壁に接続される。ここで、図６、図８～図１０に示す例では、中心軸ＣＡを中心とする周方向に沿って空気流路ＦＰ_AIRおよびガス流路ＦＰ_GASが複数個（６個）ずつ交互に形成されるように隔壁部材３３が構成されているが、空気流路ＦＰ_AIRおよびガス流路ＦＰ_GASの数は６個に限られるものではなく、それ以外の個数になるように隔壁部材３３が構成されてもよい。

第１閉塞部材３４は、筒状の外周部材３１の一端を閉塞するための部材であり、外周部材３１と内周部材３２と隔壁部材３３とによって構成された空気流路ＦＰ_AIRおよびガス流路ＦＰ_GASの蓋としての機能を有する。第１閉塞部材３４は、電源装置１の後方側において、外周部材３１、内周部材３２および隔壁部材３３に接続される部材である。第１閉塞部材３４には、図５～図６に示すように、空気流路ＦＰ_AIRが位置する領域の少なくとも一部に開口部３４ａ（第３開口部）が設けられる。この開口部３４ａには、図３～図４に示すように、デフューザ１２から送出された圧縮空気が通る流路１２ａを形成する管が取り付けられ、当該流路１２ａを通った圧縮空気は、開口部３４ａから空気流路ＦＰ_AIRに送出される。そして、空気流路ＦＰ_AIRを通過した圧縮空気は、外周部材３１に設けられた開口部３１ａからガイド部材１９ａを介して圧縮室１３に送出される。また、第１閉塞部材３４には、図５～図６に示すように、内周部材３２が位置する領域の少なくとも一部に開口部３４ｂ（第４開口部）が設けられる。ガス流路ＦＰ_GASを通った燃焼ガスは、内周部材３２に設けられた開口部３２ａから内周部材３２の内側に送出された後、第１閉塞部材３４の開口部３４ｂから熱交換器３０の外部（電源装置１の外部）に排出される。

第２閉塞部材３５は、筒状の外周部材３１の他端（第１閉塞部材によって閉塞される端部とは反対側の端部）を閉塞するための部材であり、外周部材３１と内周部材３２と隔壁部材３３とによって構成された空気流路ＦＰ_AIRおよびガス流路ＦＰ_GASの蓋としての機能を有する。第２閉塞部材３５は、電源装置１の前方側において、外周部材３１、内周部材３２および隔壁部材３３に接続される部材である。第２閉塞部材３５には、図７に示すように、ガス流路ＦＰ_GASが位置する領域の少なくとも一部に開口部３５ａ（第５開口部）が設けられ、燃焼室１４で燃焼されて高温高圧となった燃焼ガスが当該開口部３５ａからガス流路ＦＰ_GASに流入する。上述したように、ガス流路ＦＰ_GASを通った燃焼ガスは、内周部材３２に設けられた開口部３２ａから内周部材３２の内側に送出された後、第１閉塞部材３４の開口部３４ｂから熱交換器３０の外部（電源装置１の外部）に排出される。また、第２閉塞部材３５には、内周部材３２が位置する領域の少なくとも一部に開口部３５ｂ（第６開口部）が設けられうる。当該開口部３５ｂから内周部材３２の内側に流入した燃焼ガスは、第１閉塞部材３４の開口部３４ｂから熱交換器３０の外部に排出される。なお、ガス流路ＦＰ_GASを通す燃焼ガスの量を増やして、圧縮空気との熱エネルギの交換量を増加させる場合には、当該開口部３５ｂを第２閉塞部材３５に設けなくてもよいし、当該開口部３５ｂの大きさを調整してもよい。

上記のように構成された熱交換器３０では、空気流路ＦＰ_AIRを通る圧縮空気とガス流路ＦＰ_GASを通る高温の燃焼ガスとにおいて、隔壁部材３３を介して熱交換が行われる。即ち、ガス流路ＦＰ_GASを通る高温の燃焼ガスから、空気流路ＦＰ_AIRを流れる圧縮空気に、隔壁部材３３を介して熱エネルギが供給される。これにより、燃焼ガスの熱エネルギの有効利用を図り、ガスタービンエンジン１０（燃焼室１４）での混合気体の燃焼を効率よく行い、発電機２０での発電効率を向上させることができる。また、電源装置１（ハウジング２）から排出される燃焼ガスの温度を低下させることができるため、電源装置１の安全性の点においても有利になる。

ここで、上述した熱交換器３０の構成例では、ひだ状に構成された隔壁部材３３において、外側が解放された空間（領域）を空気流路ＦＰ_AIRとし、内側が解放された空間（領域）をガス流路ＦＰ_GASとしたが、その逆であってもよい。つまり、外側が解放された空間をガス流路ＦＰ_GASとし、内側が開放された空間を空気流路ＦＰ_AIRとしてもよい。この場合、隔壁部材３３において、図１１に示すように、外周部材３１の開口部３１ａに対応する位置に切欠部３３ａが設けられ、内周部材３２の開口部３２ａに対応する位置に切欠部３３ｂが設けられうる。図１１は、隔壁部材３３の展開図（即ち、ひだ状に折り曲げて隔壁部材３３を構成する前のプレート３３’の図）の一例を示している。プレート３３’は金属板でありうる。図１１に示すプレート３３’では、外周部材３１の開口部３１ａの位置に対応するように切欠部３３ａが形成され、内周部材３２の開口部３２ａの位置に対応するように切欠部３３ｂが形成される。このようなプレート３３’を、面ａ１と面ｂ１とが対面するように、また面ａ２と面ｂ２とが対面するように、紙面で見て破線で谷折りに、一点鎖線で山折りに折り曲げることで、当該プレート３３’から隔壁部材３３を構成することができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態について説明する。図１２は、本実施形態の電源装置１の後部構造を示す拡大断面図を示している。本実施形態は、第１実施形態を基本的に引き継ぐものであるが、第２熱交換器５０（第２熱交換部）が電源装置１に追加されている点で第１実施形態と異なる。

第２熱交換器５０は、電源装置１の排気口Ｐｏに対して取り付けられ、熱交換部材５１と連結部材５２とを含みうる。
熱交換部材５１は、電源装置１の排気口Ｐｏ（即ち、熱交換器３０（第１閉塞部材３５の開口部３５ｂ））から排出される燃焼ガスと電源装置１（ハウジング２）の外部の空気との熱交換（熱エネルギの交換）を行う。例えば、熱交換部材５１は、金属など熱伝導率の高い材料で構成され、図１３に示すように第１流路層５１ａと第２流路層５１ｂとを交互に重ね合わせた形状を有する。図１３に示す熱交換部材５１は、２個の第１流路層５１ａと２個の第２流路層５１ｂとを交互に重ね合わせた形状を有するが、第１流路層５１ａおよび第２流路層５１ｂの数は２個ずつに限られるものではなく、１個ずつまたは３個以上ずつであってもよい。

第１流路層５１ａは、熱交換器３０（第１閉塞部材３５の開口部３５ｂ）から排出される燃焼ガスを流すための流路である。第１流路層５１ａは、熱交換器３０から排出される燃焼ガスを第１方向に流す流路が形成されるように、金属プレートをひだ状に折り曲げることで構成される。第１方向は、排気口Ｐｏから燃焼ガスが排出される方向（－Ｘ方向）である。また、第２流路層５１ｂは、電源装置１（ハウジング２）の外部空気を流すための流路である。第２流路層５１ｂは、第１方向と異なる第２方向に外部空気を流す流路が形成されるように、金属プレートをひだ状に折り曲げることで構成される。第２方向としては、第１方向と垂直な方向（例えばＹ方向、Ｚ方向）であってもよい。

連結部材５２は、第２熱交換器５０の熱交換部材５１を熱交換器３０に機械的に連結させるための部材である。連結部材５２は、図１２に示すように、熱交換部材５１に接続（接合）されているとともに、熱交換器３０の内周部材３２の内側に嵌め込まれる（篏合される）ように構成されている。このように連結部材５２を構成することにより、第２熱交換器５０を、オプションとして後付けで電源装置１に追加することが可能となる。

このように本実施形態の電源装置１では、熱交換器３０から排出される燃焼ガスと電源装置１（ハウジング２）の外部空気とで熱交換（熱エネルギの交換）を行う第２熱交換器５０が更に設けられる。これにより、電源装置１（ハウジング２）から排出される燃焼ガスの温度を低下（分散）させることができるため、電源装置１の安全性の点において有利になる。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、飛行体１００としてヘリコプタを例示したが、このような回転式航空機以外にも、固定翼航空機や飛行船といった航空機の他、飛行型パーソナルモビリティ、宇宙船あるいはスペースシャトル等にも本発明を適用可能である。固定翼航空機としては、グライダに代表される滑空機や、プロペラ機に代表される飛行機を挙げることができる。電気推進式ではない飛行体にも本発明を適用可能である。

電源装置１の連結部位としては、機体１０１の底面の他、機体１０１の翼部上面、機体１０１の翼部底面を挙げることができる。電源装置１が供給する電力は、モータ等の駆動源を構成する電力負荷に供給される電力であってもよいし、駆動源以外の電力負荷に供給される電力であってもよいし、双方に供給される電力であってもよい。また、電源装置１は、１つの飛行体に複数設けられてもよい。複数設ける場合、飛行体の幅方向に併設してもよいし、飛行体の前後方向に一列に配置してもよい。

＜実施形態のまとめ＞
１．上記実施形態の電源装置は、
飛行体（例えば１００）の電力負荷（例えば１０５、１０６）に電力を供給する電源装置（例えば１）であって、
回転軸（例えば６）を有する発電機（例えば２０）と、
前記回転軸を回転駆動するエンジン（例えば１０）と、
前記飛行体の機体（例えば１０１）の外部に配置され、前記発電機および前記エンジンを収容するハウジング（例えば２）と、
前記エンジンから排出される燃焼ガスと前記エンジンに供給される空気との熱交換を行う熱交換器（例えば３０）と、を備える。
この構成によれば、燃焼ガスの熱エネルギの有効利用を図り、エンジンでの燃焼効率を向上させることで、発電機での発電効率を向上させることができる。また、電源装置（ハウジング）から排出される燃焼ガスの温度を低下させることができるため、電源装置の安全性の点においても有利になる。

２．上記実施形態では、
前記ハウジングは、前記エンジンから燃焼ガスを排出するための排気管（例えば１７）を有し、
前記熱交換器は、前記排気管の内側に配置されている。
この構成によれば、電源装置（ハウジング）のコンパクト化を図ることができる。

３．上記実施形態では、
前記エンジンは、空気と燃料との混合気体を燃焼させ、それにより生じた燃焼ガスを排出する燃焼室（例えば１４）を有し、
前記燃焼室は、前記回転軸を延長した軸（例えばＣＡ）を中心とする周方向に沿って、当該軸を囲うように前記ハウジング内に配置され、
前記熱交換器は、前記燃焼室の内側に配置されている。
この構成によれば、電源装置（ハウジング）のコンパクト化を図ることができる。

４．上記実施形態では、
前記熱交換器は、前記エンジンから排出される燃焼ガスの流路としての第１流路（例えばＦＰ_GAS）と、前記エンジンに供給される空気の流路としての第２流路（例えばＦＰ_AIR）とを仕切る隔壁部材（例えば３３）を有する。
この構成によれば、エンジンから排出される燃焼ガスとエンジンに供給される空気との熱交換を効率よく行うことができる。

５．上記実施形態では、
前記第１流路と前記第２流路とは、前記回転軸を延長した軸（例えばＣＡ）を中心とする周方向に沿って、複数個ずつ交互に形成されている。
この構成によれば、エンジンから排出される燃焼ガスとエンジンに供給される空気との熱交換をより効率よく行うことができる。

６．上記実施形態では、
前記隔壁部材は、プレートをひだ状に折り曲げて前記周方向に丸めた形状を有する。
この構成によれば、熱交換器の隔壁部材を容易に形成することができるとともに、燃焼ガスと空気との熱交換効率を向上させることができる。

７．上記実施形態では、
前記熱交換器は、筒状の外周部材（例えば３１）とその内側に配置される筒状の内周部材（例えば３２）とを有し、
前記隔壁部材は、前記外周部材と前記内周部材との間に配置されている。
この構成によれば、容易に形成された隔壁部材の強度を向上させることができる。

８．上記実施形態では、
前記熱交換器は、筒状の前記外周部材の一端を閉塞する第１閉塞部材（例えば３４）と、前記外周部材の他端を閉塞する第２閉塞部材（例えば３５）とを有し、
前記外周部材は、前記第１流路が位置する領域のうち前記第２閉塞部材側の一部に第１開口部（例えば３１ａ）を有し、
前記内周部材は、前記第２流路が位置する領域のうち前記第１閉塞部材側の一部に第２開口部（例えば３２ａ）を有し、
前記第１閉塞部材は、前記第１流路が位置する領域の少なくとも一部に第３開口部（例えば３４ａ）を有するとともに、前記内周部材が位置する領域の少なくとも一部に第４開口部（例えば３４ｂ）を有し、
前記第２閉塞部材は、前記第２流路が位置する領域の少なくとも一部に第５開口部（例えば３５ａ）を有し、
前記熱交換器において、
空気は、前記第１閉塞部材の前記第３開口部を介して前記第１流路を通り、前記外周部材の前記第１開口部を介して前記エンジンに供給され、
燃焼ガスは、前記第２閉塞部材の前記第５開口部を介して前記第２流路を通り、前記内周部材の前記第２開口部および前記第１閉塞部材の前記第４開口部を介して排出される。
この構成によれば、燃焼ガスと空気との熱交換を行う熱交換器の具体的な構成を提供することができる。

９．上記実施形態では、
前記熱交換器から排出された燃焼ガスと前記ハウジングの外部空気との熱交換を行う第２熱交換器（例えば５０）を更に備える。
この構成によれば、電源装置（ハウジング）から排出される燃焼ガスの温度を低下（分散）させることができるため、電源装置の安全性の点において有利になる。

１０．上記実施形態では、
前記第２熱交換器は、前記熱交換器に連結するための連結部材（例えば５２）を有する。
この構成によれば、熱交換器を有する電源装置に第２熱交換器を容易に取り付けることができる。

１１．上記実施形態では、
前記熱交換器から排出された燃焼ガスと前記ハウジングの外部空気との熱交換を行う第２熱交換器（例えば５０）を更に備え、
前記第２熱交換器は、前記熱交換器の前記内周部材に篏合することにより前記熱交換器と前記第２熱交換器とを連結する連結部材（例えば５２）を有する。
この構成によれば、熱交換器を有する電源装置に対し、オプションとして後付けで第２熱交換器を容易に追加（取り付ける）ことができる。

１２．上記実施形態では、
前記ハウジング内において、前記発電機および前記エンジンは、前記飛行体の前後方向に沿って配列されている。
この構成によれば、エンジンと発電機とをスペース的に無駄なく配置し、電源装置のコンパクト化を図ることができる。

１３．上記実施形態では、
前記エンジンの燃料を貯留するタンク（例えば５）を更に備え、
前記タンクは、前記ハウジング内に収容されている。
この構成によれば、電源装置を、燃料を補給するだけで発電する１つのユニットとして構成することができるため、飛行体の機体に対する電源装置の交換や追加を容易に行うことが可能となる。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。

１：電源装置、２：ハウジング、３：連結機構、４：発電部、１０：ガスタービンエンジン、２０：発電機、３０：熱交換器、５０：第２熱交換器、１００：飛行体

Claims (15)

1. 飛行体の電力負荷に電力を供給する電源装置であって、
   回転軸を有する発電機と、
   前記回転軸を回転駆動するエンジンと、
   前記飛行体の機体の外部に配置され、前記発電機および前記エンジンを収容するハウジングと、
   前記エンジンから排出される燃焼ガスと前記エンジンに供給される空気との熱交換を行う熱交換器と、
   を備え、
   前記エンジンは、空気と燃料との混合気体を燃焼させ、それにより生じた燃焼ガスを排出する燃焼室を有し、
   前記燃焼室は、前記回転軸を延長した軸を中心とする周方向に沿って、当該軸を囲うように前記ハウジング内に配置され、
   前記熱交換器は、前記燃焼室によって囲まれるように配置されている、ことを特徴とする電源装置。
2. 前記ハウジングは、前記エンジンから燃焼ガスを排出するための排気管を有し、
   前記熱交換器は、前記排気管における前記燃焼ガスの流路の一部を構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記熱交換器は、前記排気管の内側に配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記熱交換器は、前記エンジンから排出される燃焼ガスの流路としての第１流路と、前記エンジンに供給される空気の流路としての第２流路とを仕切る隔壁部材を有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 前記第１流路と前記第２流路とは、前記回転軸を延長した軸を中心とする周方向に沿って、複数個ずつ交互に形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記隔壁部材は、プレートをひだ状に折り曲げて前記周方向に丸めた形状を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
7. 前記熱交換器は、筒状の外周部材とその内側に配置される筒状の内周部材とを有し、
   前記隔壁部材は、前記外周部材と前記内周部材との間に配置されている、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の電源装置。
8. 前記熱交換器は、筒状の前記外周部材の一端を閉塞する第１閉塞部材と、前記外周部材の他端を閉塞する第２閉塞部材とを有し、
   前記外周部材は、前記第１流路が位置する領域のうち前記第２閉塞部材側の一部に第１開口部を有し、
   前記内周部材は、前記第２流路が位置する領域のうち前記第１閉塞部材側の一部に第２開口部を有し、
   前記第１閉塞部材は、前記第１流路が位置する領域の少なくとも一部に第３開口部を有するとともに、前記内周部材が位置する領域の少なくとも一部に第４開口部を有し、
   前記第２閉塞部材は、前記第２流路が位置する領域の少なくとも一部に第５開口部を有し、
   前記熱交換器において、
   空気は、前記第１閉塞部材の前記第３開口部を介して前記第１流路を通り、前記外周部材の前記第１開口部を介して前記エンジンに供給され、
   燃焼ガスは、前記第２閉塞部材の前記第５開口部を介して前記第２流路を通り、前記内周部材の前記第２開口部および前記第１閉塞部材の前記第４開口部を介して排出される、ことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記熱交換器から排出された燃焼ガスと前記ハウジングの外部空気との熱交換を行う第２熱交換器を更に備える、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電源装置。
10. 前記第２熱交換器は、前記熱交換器に連結するための連結部材を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
11. 前記熱交換器から排出された燃焼ガスと前記ハウジングの外部空気との熱交換を行う第２熱交換器を更に備え、
    前記第２熱交換器は、前記熱交換器の前記内周部材に篏合することにより前記熱交換器と前記第２熱交換器とを連結する連結部材を有する、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の電源装置。
12. 前記ハウジング内において、前記発電機および前記エンジンは、前記飛行体の前後方向に沿って配列されている、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電源装置。
13. 前記エンジンの燃料を貯留するタンクを更に備え、
    前記タンクは、前記ハウジング内に収容されている、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の電源装置。
14. 飛行体の電力負荷に電力を供給する電源装置であって、
    回転軸を有する発電機と、
    前記回転軸を回転駆動するエンジンと、
    前記発電機および前記エンジンを収容するハウジングと、
    前記エンジンから排出される燃焼ガスと前記エンジンに供給される空気との熱交換を行う熱交換器と、
    を備え、
    前記エンジンは、空気と燃料との混合気体を燃焼させ、それにより生じた燃焼ガスを排出する燃焼室を有し、
    前記燃焼室は、前記回転軸を延長した軸を中心とする周方向に沿って、当該軸を囲うように前記ハウジング内に配置され、
    前記熱交換器は、前記燃焼室によって囲まれるように配置されている、ことを特徴とする電源装置。
15. 電気推進式の飛行体であって、
    請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の電源装置を備え、
    前記電源装置は、前記飛行体の電力負荷に電力を供給する、ことを特徴とする飛行体。