ガスタービン（その他表記）gas turbine

デジタル大辞泉

ガス‐タービン（gas turbine）

圧縮機で圧縮した空気を燃料と混合させて燃焼し、発生した高温高圧のガスでタービン翼を回転させて動力を得る熱機関。航空機・発電などに使用。

出典　小学館

精選版 日本国語大辞典

ガス‐タービン

1. 〘 名詞 〙 ( [英語] gas turbine ) 圧縮した空気に燃料をまぜ燃焼させてできた高温高圧のガスでタービンを回転させるエンジン。高速回転で効率がよい。

出典　精選版 日本国語大辞典

改訂新版　世界大百科事典

ガスタービン
gas turbine

高温高圧のガスを用いてタービンを回し，動力を取り出す原動機。一般には，大気から空気を吸い込み，圧縮機で圧縮して圧力を高めてから燃焼器に入れ，この加圧空気で液体または気体の燃料を燃焼させて高温高圧のガスを得る。タービンで発生した動力の一部は圧縮機を駆動するのに用いられ，残りを有効出力として利用するので，原動機として作動するためには，タービンの発生動力が圧縮機駆動動力よりも十分大きいことが必要である。大気から空気を吸い込み，タービンを回した後，再び大気に排出する形式のものを開放サイクルガスタービンといい，これに対して，空気だけでなく炭酸ガスやヘリウムガスなどを閉じた流路に流し，外部加熱器で加熱して高温高圧のガスを作る形式のものを密閉サイクルガスタービンと呼ぶ。密閉サイクルの場合，タービン排気を再び圧縮機に送るには，前置冷却器によって温度を下げることが必要である。

　タービンの排気ガスはまだ温度が高く熱エネルギーをもっているので，熱交換器を用いてこの熱の一部を回収し，圧縮機出口の空気の加熱に用いると，その分だけ燃料が節約され熱効率を向上させることができる。このような熱交換器付きのガスタービンは再生サイクルガスタービンと呼ばれ，一方，熱交換しないものを単純サイクルガスタービンという。もっとも構造が簡単でかつよく使用されているのは，単純開放サイクルガスタービンである。構造の簡単さよりも燃料経済を重視する大型のガスタービンでは，熱交換器のほかに，圧縮機とタービンを高圧側と低圧側に二分割して，それぞれの間に，空気の温度を下げて，高圧圧縮機の駆動動力を減少させるための中間冷却器およびガスの温度を上げて，低圧タービンの出力を増加させるための再熱器を加えて熱効率の向上を図っている。

　以上のような軸出力として動力を取り出すもの以外にも，ガスタービンには，タービンは圧縮機のみを駆動し，ガスのもっている残りのエネルギーはジェットノズルで膨張させて高速のジェットとして後方に噴出し，その反動で推力を得る，いわゆるジェットエンジンもある。また，原動機そのものとしてではなく，内燃機関と組み合わせ，内燃機関の排気ガスでタービンを回し，その動力で圧縮機を駆動して機関給気の加圧用に使用する過給用の排気タービンや，単にガス発生器として使用し，そのガスでタービンを回して動力を取り出すフリーピストンガスタービンもガスタービンの一種である。

ガスタービンの特徴

ガスタービンは定圧のもとで燃料を連続的に燃焼させ，燃焼ガスで直接タービンを回すので運動部分を回転運動のみで構成できる。このため内燃機関と異なり，往復運動と間欠的で爆発的な燃焼に伴う振動がなく，小型軽量で大出力が得られ，構造が簡単で信頼性の高い原動機となり得る。また冷却水が不要であり，潤滑油の使用もきわめて少なく，保守が容易で無人運転も可能である。起動が早いのも特徴で，負荷の急変にもすばやく対応できるので非常用発電機やピーク負荷用に適している。出力範囲は広く，数十kWの可搬型のものから，1基当り数十万kWの発電用まで作られ，さらに圧縮機やタービンの配置を適当に組み合わせれば，負荷の特性にもっとも適合したガスタービンを構成することができるので，ほとんどあらゆる用途に使用することができる。例えば発電機やポンプ駆動用では，圧縮機とタービンと負荷とを1本の共通軸に直結したままで運転できる。車両の駆動用には発進時のトルクが大きいのでこのままでは適用できないが，圧縮機駆動用タービンと出力タービンとを別の軸にすれば運転可能となる（車両用2軸ガスタービン）。ただしガスタービンは高速回転型の原動機なので，低速回転の負荷を駆動するときには減速装置を必要とする。騒音レベルは一般に高いが，高周波数成分が多いので消音技術は比較的楽で，排気ガスの浄化法も他の原動機よりも容易に行える。

　ガスタービンの熱効率は圧縮機入口の空気の絶対温度T₁とタービン入口のガスの絶対温度T₃との比T₃/T₁が大きければ大きいほどよくなる。このため潜在的には高い熱効率をもっているが，タービン入口温度はタービン羽根の材料の使用可能温度で制限されるので，単機で比較すると熱効率はディーゼル機関や蒸気タービンに比べてやや低く，しかも重油などの低質燃料の使用が困難なため燃料経済性が悪い。多くの優れた特性をもっているにもかかわらず，一般産業用原動機としての使用がそれほど多くなかったのもこのためである。一方，高高度を高速で飛行する航空機用の原動機として用いた場合は，圧縮機入口の空気温度T₁が低下するのでT₃/T₁が大きくなり熱効率が向上すること，小型軽量で大出力が得られることおよびジェット推進が高速飛行に適していることなど有利な点が多く，ガスタービンが最初に普及したのもこの分野であった。一般産業用としてもタービン羽根の冷却技術の向上および新しい耐熱材料が開発され，タービン入口温度1300～1400℃が実用される段階になってきたことに伴い，各種の用途にその使用が急速に増加している。

発達史

火をたくと燃焼ガスが勢いよく上昇する。この上昇するガスで羽根車を回す装置がガスタービンの先祖である。アレクサンドリアのヘロンもこのような装置を考案していたといわれている。日本に古くからある回り灯籠も同じ原理である。この種の装置で実用になったのは中世ヨーロッパで使用されたスモークジャックsmoke jackと呼ばれるもので，暖炉の煙突の中に羽根車を置いたものである。羽根車の下端に歯車装置をつけて，肉を焼く焼きぐしを回したり，ベルを鳴らしたりするのに使用された。

　1791年，イギリスのバーバーJohn Barberは，2台の往復ポンプでそれぞれ燃料ガスと空気を圧縮して燃焼器に入れ，燃料ガスを連続的に燃焼させて燃焼ガスでタービンを回し，減速歯車を介して圧縮用ポンプを駆動すると同時に上部歯車から動力を取り出す方式のガスタービンを考案して特許を得た。ガスタービンの名称を与えたのも彼であるといわれている。バーバーのガスタービンは考案のみであり，たとえ試作したとしても作動し得ないものであったが，現在のガスタービンの概念が正しく盛り込まれている点で評価に値する。1847年にはフランスのC.ビュルダンが多段の回転式圧縮機で空気を圧縮し，これを外部から加熱して高温になった空気で多段のタービンを回して動力を取り出そうという，いわゆる熱空気タービンを考案している。ドイツのF.シュトルツェも72年熱空気タービンを考案し特許を取った。これは別名火炎タービンとも呼ばれ，多段の軸流圧縮機と多段の反動タービンが同一軸についており，燃焼器が外燃式である点を除けば，現在の単純開放サイクルガスタービンとほとんど同じ形をしている。シュトルツェは実際にこれを試作して実験を行ったが，性能のよい圧縮機とタービンを設計する知識がなかったこと，および燃料の連続燃焼をうまく制御することができなかったため，結局成功しなかった。

　ガスタービン実現のめどが立ったのは20世紀に入ってからであるが，これは蒸気タービンの実用化と発達に伴って，タービンの製作技術が一段と進歩したためであった。まず1900年代の初めフランスのR.アルマンゴーらは，ガスタービン用燃焼器，多段の遠心圧縮機，水冷式の2段の衝動タービンを組み合わせてガスタービンの運転に初めて成功した。約4000rpmで運転して，外部出力300馬力，熱効率は約3%であったが，あまりにも大型の空気圧縮機を必要とすることに多くの人々は失望を感じた。その後，ドイツのH.ホルツワルトらによって爆発燃焼方式のガスタービンの開発が進められた。当時は現在のような連続燃焼方式より，圧縮用動力の少ない爆発燃焼方式のガスタービンのほうが有望と考えられていたのである。ガスタービンの開発は，おもにスイスのブラウン=ボベリ社によって進められたが，最初は本来の原動機としてではなく，加圧に必要な動力を排気ガスでタービンを回して得ようという加圧燃焼式のボイラー（ベロックスボイラー）としてであった。この開発の過程の中で，爆発燃焼方式よりも連続燃焼方式のほうがタービンの効率がよいことも明らかとなった。1930年代に入ると，航空機の発達から生まれた空気力学の知識がタービンや圧縮機の設計に応用できるようになったこと，また耐熱材料の進歩もあって，性能のよい圧縮機やタービンが製造できるようになり，30年代の終りには，4000kWの発電用ガスタービン（ブラウン=ボベリ社）がスイスのヌシャテル市に据え付けられた。これが連続燃焼方式による実用第1号のガスタービンである。一方，ガスタービンを航空用原動機，いわゆるジェットエンジンとして利用する試みも30年代から活発に行われ，すでに37年にはイギリスのF.ホイットルが試運転に成功していた。
→ジェットエンジン

理論と熱効率

ガスタービンの作動は，縦軸に絶対温度T，横軸にエントロピーsをとったT-s線図上に表される（図1）。圧力P₁とP₂の間で作動する（圧縮機にもタービンにも損失がない）理想的なガスタービンサイクルは，断熱圧縮（1→2），等圧加熱（2→3），断熱膨張（3→4）および等圧放熱（4→1）の四つの過程で構成される。開放サイクルでは4→1は大気への放熱である。C_pを空気および燃焼ガスの定圧比熱（1kg当り）とすると，空気流量1kg/sを圧縮機で断熱圧縮するのに要する仕事W_cは，W_c＝C_p（T₂－T₁），断熱膨張過程でタービンが行う仕事W_tは，W_t＝C_p（T₃－T₄）であり，この差W_t－W_cが有効出力W_eとなる。この有効出力を得るのに加えた熱量Q₁は，Q₁＝C_p（T₃－T₂）で与えられ，W_eとQ₁との比W_e/Q₁が理論熱効率η_thである。空気の比熱比κを用い，m＝（κ－1）/κとすると，理想的なガスタービンの理論熱効率はη_th＝1－（P₂/P₁）⁻^mと表される。この式からわかるようにη_thは圧力比P₂/P₁のみの関数となり，圧力比とともに増加する。

　実際のガスタービンでは圧縮機に損失があり，エントロピーが増加して圧縮過程は1→2′となり，圧縮に要する仕事はC_p（T₂′－T₁）となって増加する。同様に，タービンにも損失があり，膨張過程は3→4′となり，タービンのする仕事は減少してC_p（T₃－T₄′）となる。すなわち有効出力は大幅に減少してしまう。実際のガスタービンの熱効率η_actを示したのが図2で，タービン入口温度T₃が高くなるほど熱効率が高くなることがわかる。出力についても同様でT₃が高くなるほど大きくなる。

　以上は単純サイクルの場合であるが，タービンの排気温度T₄が圧縮機出口温度T₂よりも高いと，熱交換器によってη_rC_p（T₄－T₂）の熱を回収することができ（η_rは熱交換器の温度効率），これを加熱に利用すればQ₁がそれだけ減少し熱効率が改善される。また中間冷却器と再熱器を利用すれば，圧縮仕事を減少させ，低圧タービンの出力を増加させることができる。ただし，この場合，タービン排気温度は，再熱をしないときの排気温度T₆′よりも高くなり，熱損失が増えるので，熱交換器を用いてこれを回収することが重要である。

用途

現在，ガスタービンは一部の小型機を除いて，ほとんどすべての航空機にジェットエンジンとして使用されており，これがもっとも普及が進んでいる分野ということができる。発電への利用も増えており，大出力のベース負荷用としては一般に蒸気タービンと組み合わせた複合機関として，非常用あるいはピーク負荷用としては単独で使用されている。またガスタービンと発電機をセットにしたターボ発電機は小型で，冷却水が不要なので地域発電，洋上発電，遠隔地発電用に，また車両に積載して移動用電源として広く利用されている。船では商船用の主機としての使用はほとんどないが，その機動性と小型軽量大出力の特性から，主として軍艦用の主機およびブースト用として使用されており，また鉄道用には1950年代ころからアメリカやヨーロッパで機関車（ガスタービン機関車）用の原動機として利用されている。自動車用の原動機としては，レーシングカー用および重車両用（主として軍事用）に一部使用されているのみで，乗用車用として一般化しているものはまだないが，公害を出す度合が少ないため，バスやトラックには今後使用が増えるものと予想される。このほか，ガスタービンは石油や天然ガスの長距離パイプラインのポンプ場の動力源としても広く使用されている。
執筆者：葉山 真治

図1～図2

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

日本大百科全書(ニッポニカ)

ガスタービン
がすたーびん
gas turbine

機関内部で作動流体（通常は空気）を圧縮し、燃料と混合して燃焼させることで高温・高圧のガスを得てタービンを駆動し、動力を取り出す熱機関。一般には、燃焼が機関内部で行われる内燃式が多いが、作動流体を外部から間接的に加熱する外燃式ガスタービンも存在する。

［佐藤哲也　2026年2月13日］

歴史

ガスタービンと類似する熱機関の起源は、紀元1世紀のアレクサンドリアのヘロンが設計した「蒸気球aeolipile」にさかのぼる。これは、球体の側面から蒸気を噴出させて自ら回転する装置であり、推進力を生むという点では原始的なタービンとみなすことができるが、動力を得るものではなかった。16世紀には、レオナルド・ダ・ビンチが暖炉からの上昇気流を利用した「ダ・ビンチのチムニー・ジャック」（回転式ロースター）を考案し、熱を回転運動に転換する発想を提示した。ただし、ガスタービンに不可欠な圧縮・燃焼・膨張の三つの工程は備えていなかった。

　ガスタービンの基本的な構成を初めて明確に示したのは、1791年にイギリスのジョン・バーバーJohn Barber（1734―1801）が取得したイギリス特許である。この設計では、石炭ガスと圧縮空気を混合して燃焼させ、発生した高温ガスをタービンに導いて動力を得るという、現代のガスタービンと本質的に同様の構成がとられていた。実際に装置は製作されなかったが、後世に大きな影響を与えた。1853年にはフランスのトゥルネールLouis Marcellin Tournaire（1824―1886）が多段タービンを構想し、1861年にはメノンMarc Antoine François Mennons（？―1889）が、固体燃料を用いた燃焼器、遠心圧縮機、ラジアルタービン、逆流式熱交換器を備えた設計でイギリス特許を取得したが、いずれも試作には至らなかった。

　ガスタービンの実機設計としての最初の試みは、1872年にドイツのフランツ・シュトルツェFranz Stolze（1836―1910）が取得した特許による。彼は軸流圧縮機、多段タービン、燃焼器を組み合わせ、1900年に試運転を行ったが、圧縮機の効率が低く、高温ガスに耐えるタービン材料も未成熟であったため、実用的な出力は得られなかった。1930年代に入ると、流体力学や耐熱材料の技術の進展により、スイスのヌーシャテルにおいてブラウン・ボベリ社が世界初の実用ガスタービン発電所を完成させた。この装置はタービン出力1万5400キロワット、発電出力4000キロワット、熱効率18％を達成し、戦前期におけるガスタービン技術の集大成とされる。

　その後、航空機用ジェットエンジンの開発が急速に進み、1939年にはドイツの「ハインケルHe178」が世界初のターボジェット推進による飛行に成功し、続く1941年にはイギリスの「グロスターE.28/39」が飛行に成功した。

　以降、ガスタービンは航空、発電、産業の各分野において広く応用されるようになり、1960年代以降はガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電が普及した。21世紀には、熱効率60％を超える高性能システムも実現している。さらに近年では、水素燃焼対応技術、セラミックス材料の応用、超音速推進や電動化との統合など、脱炭素社会の実現に向けた次世代ガスタービンの研究開発が、世界各国で行われている。

［佐藤哲也　2026年2月13日］

仕組みと構造

内燃式ガスタービンは、圧縮機、燃焼器、タービンを主要な構成装置とし、これらに加えて、熱交換器（再生器、再熱器）、補機類（アクチュエーター、潤滑油系、燃料供給系、始動装置など）から構成される。吸入した空気を圧縮機で高圧にし、燃焼器で燃料と混合・燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。圧縮機とタービンは同一軸で連結されており、その回転力の一部は圧縮機の駆動に、残りは発電や推力などの外部出力に利用される。

　圧縮機は吸入空気を固定翼（ステーター）および回転翼（ローター）によって昇圧する装置である。固定翼と回転翼をあわせて一つの段（ステージ）とするが、1段のものと複数段のものがあり、さらに軸流式と遠心式に大別される。軸流式は大流量に適しており、おもに中～大出力用に用いられる。一方、遠心式は1段あたりの圧力上昇が大きく、主として小型機に用いられる。燃焼器は、缶型、環状缶型、環状型があり、産業用では整備性に優れる缶型が、航空用ではコンパクトな環状型が用いられることが多い。タービンは燃焼ガスのエネルギーを回転力に変換する装置で、圧縮機と同様に固定翼と回転翼で構成される。タービン翼は約1600℃レベルの高温にさらされるため、耐熱材料を用い、冷却通路が設けられたり耐熱コーティング（TBC：Thermal Barrier Coating）などが施されている。

　軸構成は、単軸型、2軸型、3軸型に分類される。単軸型は構造が簡潔だが起動性や制御に制約がある。2軸型は高圧軸と低圧軸が独立しており、応答性に優れる。さらに、大型航空エンジンのなかには高圧・中圧・低圧の3軸構成を採用しているものもある。また、タービン排気の熱で圧縮後の空気を温める再生器や、膨張途中で再加熱を行う再熱器の導入により、熱効率向上が図られている。

　外燃式ガスタービンは、燃焼器のかわりに外部熱源によって作動流体を加熱し、タービンを駆動する方式である。使用する熱源の自由度が高く、外部の燃焼炉、核熱、太陽熱、地熱など多様な熱源に対応可能である。また、燃焼ガスがタービン内部に直接流入しないため、タービン翼の腐食や侵食のリスクが低減され、装置の長寿命化や保守性の向上が図られる。

　ガスタービンは、ピストンを用いるレシプロエンジンに比べて構造が簡素で振動が少なく、高回転・高出力に適する。一方で、運転条件による効率の変動が大きく、加減速を伴う自動車用途では効率が低下する傾向がある。

［佐藤哲也　2026年2月13日］

用途

ガスタービンは高出力・軽量といった特性を生かして、幅広い分野に応用されている。航空用ガスタービン（ジェットエンジン）において、民間機にはバイパス比（ファンで圧縮された空気のうちエンジン内部を通らず外側を流れる空気の量とエンジン内部の燃焼器に送られる量の比率）の高いターボファンエンジンが搭載され、軽量化、燃費性能、静音性などが重視される。一方、軍用機にはアフターバーナー（再燃器）付きの低バイパス比のターボファンエンジンが用いられ、高速飛行や高加速に対応している。

　火力発電用ガスタービンは、蒸気タービンと組み合わせたコンバインドサイクル発電により、発電効率が60％を超えるものもある。その他、産業施設内での分散電源や非常用電源として小型のガスタービンが導入されている。

　船舶用途としては、部分負荷時（最大出力より出力を抑えた運転状態）における燃費の悪さから、民間船舶への本格的な導入は限定的である。一方、艦艇用エンジンとしては、高出力密度や低騒音といった特性を生かし、ガスタービンが使用されている。また、蒸気タービンやディーゼルエンジンと組み合わせた複合推進方式もとられている。

　自動車用ガスタービンは、おもに1960年代から1990年代にかけて世界各国で開発が進められ、日本でも自動車用セラミックスガスタービンの研究が進められたが、部分負荷時の効率の低さやアクセルを踏んだときの応答性の遅さなどから本格的な実用化には至っていない。

［佐藤哲也　2026年2月13日］

ガスタービンの今後

ガスタービンは、太陽光や風力などの自然エネルギーの導入拡大に伴い、夜間や悪天候時における電力系統の安定化を担う重要な電源として期待されている。従来の高効率化・高温化に加え、起動時間の短縮や出力変化速度の向上といった高機動化に向けた技術開発も進められている。さらに今後は、水素やアンモニアといった脱炭素燃料への対応が進み、CCUS（CO₂の回収・利用・貯留）と組み合わせたゼロエミッション型ガスタービンの研究開発が推進されていく見込みである。

　また、分散型電源（消費地近くで小規模に発電する方式）や、マイクログリッド（地域単位で発電・蓄電・消費を自給自足で行う小規模な電力ネットワーク）への適用によって、災害時の電力供給の確保や、電力インフラが未整備な地域への展開が考えられる。

　航空分野においても、環境性能と実用性の両立に向けて、超高バイパス比ターボファンエンジンの開発やSAF(サフ)（Sustainable Aviation Fuel。持続可能な航空燃料）、水素燃料技術の研究開発などが進められている。

［佐藤哲也　2026年2月13日］

『日本ガスタービン学会編・刊『ガスタービン工学』第2版（2023）』

[参照項目] | エンジン

ガスタービンの原理

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

百科事典マイペディア

ガスタービン

回転式熱機関の一種で，圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ，生じた高温高圧ガスでタービンを回転させる原動機。基本的な構成要素は，空気を圧縮する圧縮機，混合気体を燃焼させる燃焼器，ガスの膨張によって回転力を生ずるタービンの３部分。圧縮機は通常タービンで発生する動力の一部を用いて駆動。燃料に気体，液体，固体（微粉炭など）いずれも使用できる大きな特徴をもち，運動部分は回転だけで振動や摩擦損失が少なく，部品数もピストン式内燃機関の1/3〜1/10ですむこと，蒸気タービンと異なり大きなボイラーが不要であること，各構成要素の組合せによって望む性能のものを作りやすいことなど，原動機としてすぐれた性質をもつ。第２次大戦中，航空機用ターボジェットエンジンが実用化されて以後，航空原動機としても急速に発展した。発電，車両，船舶などにも利用されている。最近では，タービン羽根を空気冷却する技術の向上やセラミック材などの耐熱材料の開発により，タービンの入口温度が1300〜1400℃にまで上昇し，熱効率も40％台に向上。一般産業の各種用途にその使用が増加している。→ジェットエンジン
→関連項目ガスタービン機関車｜ガスタービン自動車｜軸流タービン｜タービン｜熱機関｜複合発電｜ヘリコプター

出典　株式会社平凡社

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

ガスタービン
gas turbine

熱エネルギーを回転運動に直接変換する熱機関。圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させて生じた高温高圧ガスでタービンを回転させ，タービン出力と圧縮機駆動動力との差が有効出力となる。普通はこの出力を取出して，発電機，プロペラおよび車両などの駆動に用いるが，ターボジェット・エンジンのように噴流の運動エネルギーの形で取出して直接推進に利用するものもある。燃料は高級なものを必要としないうえ，構造が簡単で高速回転が得られるという特徴があり，小型軽量のものから大型高性能のものまで用途は広範囲にわたっている。 (→ブレートンサイクル ) 　

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

事典 日本の地域遺産

ガスタービン(S1A-01型)

(兵庫県明石市 川崎重工業(株)明石工場)
「重要科学技術史資料(未来技術遺産)」指定の地域遺産〔第00089号〕。
非常用発電用小型ガスタービン普及の祖。〈製作者(社)〉川崎重工業株式会社。〈製作年〉1975(昭和50)年

出典　日外アソシエーツ「事典 日本の地域遺産」

世界大百科事典（旧版）内のガスタービンの言及

【タービン】より

…大きい圧力差でも，複数の圧力段をおくことによって，圧力を順次落として仕事をとり出すことが可能である。　タービンには蒸気タービン，ガスタービン，水車，空気タービンなどがある。蒸気タービンは蒸気のエネルギーを利用したもので，火力発電所で代表される蒸気原動所の動力発生部として用いられ，ボイラーで発生した高温高圧の蒸気を復水器の低圧まで膨張させる間に仕事を発生する。…

※「ガスタービン」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典｜株式会社平凡社「世界大百科事典（旧版）」