JPH01159421A - ホットガス発生器 - Google Patents

ホットガス発生器

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JPH01159421A
JPH01159421A JP63289019A JP28901988A JPH01159421A JP H01159421 A JPH01159421 A JP H01159421A JP 63289019 A JP63289019 A JP 63289019A JP 28901988 A JP28901988 A JP 28901988A JP H01159421 A JPH01159421 A JP H01159421A
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JP
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fuel
combustion chamber
vessel
hot gas
container
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JP63289019A
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English (en)
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Jack R Shekleton
ジャック・アール・シェクルトン
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Sundstrand Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62—Combustion or thrust chambers
    • F02K9/64—Combustion or thrust chambers having cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えばタービンホイールを駆動するために
用いられるようなホットガスをつくるための発生器に関
するものである。
従来の技術 ホットガス発生器は、いろいろの種類のエンジンを作動
する加圧ホットガスを作るため、または同様の他の目的
のためにずっと以前から利用されている０例えば、１９
３１年１０月１７日に発行のペリンに対する米国特許第
１８２８７８４号にそれは見られ、そしてそれは本出願
人にとって最も適切な既知の先行技術に相当している。
このようなホットガス発生器にあっては、炭素質の燃料
が燃焼によるホットガスをつくるために酸化剤と一緒に
燃焼させられる。加えて、付加的な燃料が、燃焼される
のに反対するように、発生器が用いられるシステムに対
して損害を起させないような望ましい温度にまで燃焼ガ
スの温度を下げながら、ホットガスの量を増やすために
気化されるように燃焼によるホットガスの中に導入され
る。
発明が解決しようとする課題 このようなホットガスの操作と使用における困難の一つ
はカーボンの蓄積である。カーボンの蓄積は燃料が完全
に酸化しない時にもたらされ、元素炭素は発生器の燃焼
室の中に形成される。それは、その中のいろいろの場所
において堆積し、特に比較的さめた温度で走行中に堆積
する。カーボン（炭素）の蓄積は発生器に過量の酸化剤
を供給することによって避けられるけれども、これは、
その場所に損傷を起させるように、燃焼室を区画する容
器内に高温部を発生器にもたらすものである。
したがって、炭素質の多い方でホットガス発生器を操作
することが従来の手段であり、そのために、燃焼に利用
されるすべての酸化剤は高温部の発生を防止するために
消費され、このことは炭素の蓄積の可能性を多くしてい
る。
前記によって特定される米国特許において、ペリンによ
って指摘されるように、その中の燃焼で起きる過量の熱
のためにそこに損傷の生じるのを防ぐために、燃焼室を
冷却することもまた望ましいことである。有利には、燃
料によって燃焼室を冷却することによって達成される。
しかしながら、ベリンの構造にあっては、燃焼室壁を冷
却しすぎる恐れがあり、発生器が、高温部の発生を防止
するのに好ましいような炭素質の多い方で操作される時
には、もたらされる冷却部が炭素の蓄積を容易とする。
炭素の蓄積は、それが熱の伝達を妨害するので好ましく
ない、しかしながら、炭素の蓄積によってもたらされる
他の問題がより重大である。殊に、このようなホットガ
ス発生器はタービンホイールを駆動するためのホットガ
スをつくるためにしばしば使用される。カーボン（炭素
）は堆積されたものであるので、典型的に同じ微粒子に
壊されて、ホットガスと一緒にタービンホイールにまで
流れる。このような微粒子状の炭素はタービンノズルや
タービンホイールを腐食するばかりでなく、それに加え
て変動の原因となることができるものである。
この発明は上述の問題点の一つまたはそれ以上を克服し
ようとしているものである。
課題を解決するための手段 この発明の主要な目的は新規な改善されたポットガス発
生器を提供することである。さらに、特に、燃料の方が
多い状態で高温部の発生を防止し、かつ炭素の蓄積を避
けるように操作可能に構成されたホットガス発生器を提
供することである。
一般的に言って、この発明は前記ペリンの特許で開示さ
れる種類のホットガス発生器を口論むものであり、すな
わち、狭い入口と、比較的広い燃焼室である中間部のほ
かに狭い出口端部を有する容器を含むものである。はぼ
容器の軸方向で燃焼される炭素質の燃料を燃料室の中へ
導入するために、入口端部において種々の手段が設けら
れる。
酸化剤の入口部は燃料導入手段の周りに同心状で配置さ
れ、燃料排出部は出口端部に気化される燃料を導くため
に出口端部に置かれ、それによってこのような気化され
る燃料は燃焼室から出て行く燃焼によるホットガスによ
って気化される。
この発明の一側面によれば、熱遮蔽材が、燃焼室の内部
に少なくとも部分的に裏打ちするように設けられる。熱
遮蔽材は、容器内に炭素の蓄積を防ぐために充分高くさ
れた温度における操作に耐えることのできる表面を燃焼
室に提供するもので、室内の燃料の燃焼による過量の熱
から容器を保護している。
この発明のこの側面の好ましい具体例としては、熱遮蔽
材は燃焼室内の容器の内部表面上のセラミック材料の層
である。
この発明の他の側面によれば、容器は、その外部表面に
、容器の冷却剤として作用する燃料の流路を区画する手
段が設けられる。このような手段は、室内の燃料の燃焼
によってもたらされる熱でそこが損傷されるのを防止し
、なおかっ、容器内での炭素の蓄積を防止するために充
分高く高められた温度にまで達して操作される容器の内
部表面を許容している。
それゆえ、この側面と結合するこの発明の非常に好まし
い具体例においては、容器の外部表面の周りを良好な熱
交換の接触状態で包む配管からなっている。
この発明は、最も好ましい形において、前記熱遮蔽材と
冷却手段の両方の組合せである。
そして、この発明のホットガス発生器はホットガス発生
器の必要とされるどのような種類の使用にもつけること
ができるけれども、タービンホイールと結合して使用さ
れ、それらに典型的に関連するタービンホイールとノズ
ルの両方に対する腐食問題を減することが最も有利な使
用方法である。
他の目的と利益は添付図面と一緒にされる次の記載から
明らかにされるだろう。
実施例 本発明による模範的な具体例はタービンホイール１０を
含むタービンシステムの状態で図面に示されている。タ
ービンホイール１０は従来のノズル１２を介してホット
ガスを受け、それによって駆動される。タービンホイー
ル１０からの回転出力は、１６で略図的に示されるよう
な例えば発電機やポンプを含む種々の目的のものを駆動
する従来のギヤボックス１４に提供される。
ノズル１２は気化室２２の出口２０からのホットガスに
対して設けられる。気化室２２は、比較的狭い入口２６
と、比較的狭い出口２８と、そして比較的広い拡大され
た中間の燃焼室３０を有する、一般的に２４で示される
容器と関連している。
図面から理解されるように、容器はその操作中に発生す
る応力や圧力に耐えるように比較的厚い壁とされる。
容器２４は、狭い入口２６において、燃焼室３０にオリ
フィス３４から燃料を噴射する従来の燃料噴射器３２を
備えている。燃料噴射器３２の周りに同心的に環状の酸
化剤通路３６がある６通路３６内の複数個の角度のつい
た空間部分に、複数個の酸化剤用渦巻ベーン３８が設け
られ、適当な酸化剤が環状部分へ、例えば酸化剤人口４
０を経て提供される。入口４０への酸化剤は酸化剤タン
クすなわち供給部４２から供給される。酸化剤は、燃料
４４の供給源から燃料噴射器３２に供給される炭素質の
燃料を燃焼するところのいかなる酸化剤であってもよい
、一般的には、常にそうではないが、酸化剤は圧縮空気
、圧縮された酸素強化空気（酸素含有量が常体の２１％
以上に増加された空気）、あるいは圧縮酸素である。
また、システムの中には、その中の燃料と酸化剤の混合
物に点火するために燃焼室３０の内部に延びる従来の点
火装置がある。
本発明によれば、容器２４の内部表面４８の少なくとも
径方向最外部に、熱遮蔽材５０が設けられる。好ましい
具体例にあっては、熱遮蔽材５０は容器２４の内部表面
４８に層として提供されるセラミック材料で形成されて
いる。もし望まれるならば、セラミック層５０は図面に
示されるものとは異なる軸方向の長さとすることができ
る。例えば、層５０の軸方向の長さは大きくすることが
できる。
容器２４の外部表面５２は、外部表面５２に良好な熱交
換のできる接触でろう付けあるいは他の手段で接着され
ている配管５４で包まれている。
出口２８の部分に軸方向流出口５６が設けられている０
図示の例にあっては、燃料流出口５６は出口２８の所で
容器２４を退出するいくらかＪ形の管５８の端である。
しかしながら、もし望まれるならば、流出口５８を容器
の入口２６から容器の軸に沿って完全に延びる管の端と
することができる。
流出口５６の部分または周りには、ベンチュリ形成表面
６０を有する出口の内部が提供されている。そして、出
口２８は望ましい形あるいは前述のベリンの特許に開示
された形の気化室２２に開口している。
普通の繰作において、燃料は燃料噴射器３２から燃焼室
３０へ、噴射燃料の周りを渦巻きながら通路３６を通っ
て入る酸化剤と混合されて、点火装置４６で点火される
ように噴射される。望ましくは、高温部の発生を防止す
るために、燃料と酸化剤の化学量論的混合より異なる混
合が燃焼室３０に許容され、燃焼室３０内で酸化剤全部
が消費されることを確実にするように過量の燃料とされ
る。
ホットガスはその出口２８を通って燃焼室３０を離れる
。気化される燃料は燃料流出口５６がらベンチュリ表面
６０の部分の出口に噴射される。
ベンチュリ表面６０の存在によってもたらされる出口２
８の部分における高速のために、良好な熱交換と混合が
流出口５６から排出される燃料と燃焼室３０を出る燃焼
ガスとの間で起きる。酸化剤は全体的に消費されてしま
っているので、燃料は燃焼せずに、同時に発生するホッ
トガスの量を非常に増加しながら気化するものである。
この気化は気化室２２内で発生し、最高のタービン入口
温度かまたはそれ以下の温度の適当な値にまでガスの温
度を下げるのに役立っている。
熱遮蔽材５０は、どのようにしてもよいが、内部表面４
８に噴霧によって形成されることができ、その目的は、
燃焼室３０内で起る燃焼の結果として発生する熱から壁
を保護するためである。同時に、熱遮蔽材５０の径方向
の内部表面６２は、その上に炭素の沈澱を防ぐのに充分
高い、すなわち炭素の蓄積を防止するのに充分高い高温
において連続的に操作することが可能である。
炭素の蓄積を防止することにおける次の助けは、燃焼室
３０の近くにおける容器２４は配管５４を通って流れる
冷却剤によって冷却されることである。既に指摘したよ
うに、一つの冷却剤としてはシステム内に保有される燃
料であり、燃料インゼクタ３２によって噴射されるもの
かまたは燃料流小にしエネルギを節約するために容器２
４の冷却工程において加熱された後に用いられる。比較
的厚い壁の容器２４の外部表面に冷却剤のための流体流
路が配置されることによって、容器２４の充分な冷却が
提供されるが、その内部表面４８、熱遮蔽材６２によっ
て保護されない部分も炭素の蓄積を最小にする比較的高
い温度において操作することができる。これらの点が、
ベリンによって例示された、容器の中に冷却配管が置が
れ、炭素の蓄積を不利にＮ積する比較的冷たい表面を提
供するシステムとの著しい相違点である。
前述のところから、この発明によるホットガス発生器が
、ホットガスの発生を必要とじかつ炭素の蓄積を好まし
くないとする適用分野において使用するために適してい
ることが理解されるであろう。炭素の蓄積の排除が変動
の原因となることができる程のノズルやタービンホイー
ルの腐食を避けるので、特にタービンに適用して使用す
ることに適している。−
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明によるホットガス発生器を具体化するタ
ービンシステムのある要素については略図的とした断面
図である。 １０・・・タービンホイール、１２・・・ノズル、２０
・・・出口（気化室）、２２・・・気化室、２４・・・
容器、２６・・・入口、２８・・・出口、３０・・・燃
焼室、３２・・・インゼクタ、３４・・・オリフィス、
３６・・・通路、４２・・・酸化体、４４・・・燃料、
４６・・・点火装置、４８・・・内側表面、５０・・・
熱遮蔽材、５２・・・外側表面、５４・・・配管、５６
・・・流出口、６０・・・ベンチュリ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）狭い入口端部と、狭い出口端部と、中間部の比較
    的広い燃焼室とを有する容器； 前記入口端部における、前記容器のほぼ軸方向で前記燃
    焼室に燃焼される炭素質の燃料を導入するための手段； 前記出口端部における、前記出口端部に気化される燃料
    を導入し、それによってこの燃料が前記燃焼室から退出
    する燃焼によるホットガスによつて気化される燃料流出
    口；および 前記燃焼室の内部を少なくとも部分的に裏打ちし、前記
    容器内に炭素の蓄積を防止するために充分高い温度で操
    作の維持が可能な表面を前記燃焼室に提供して、前記燃
    焼室内における燃料の燃焼による過量の熱から前記容器
    を保護する熱遮蔽材とから成るホットガス発生器。
  2. （２）前記熱遮蔽材が前記燃焼室内における前記容器の
    内部表面のセラミック材料の層からなる請求項（１）記
    載のホットガス発生器。
  3. （３）狭い入口端部と、狭い出口端部と、中間部の比較
    的広い燃焼室とを有する容器； 前記入口端部における、前記容器のほぼ軸方向で前記燃
    焼室に燃焼される炭素質の燃料を導入するための手段； 前記燃料を導入するための手段と同心でかつその周りに
    配置された酸化剤入口部； 前記出口端部における、前記出口端部に気化される燃料
    を導入し、それによってこの燃料が前記燃焼室から退出
    する燃焼によるホットガスによって気化される燃料流出
    口；および 前記容器に対する冷却剤として作用する燃料のための流
    路を区画し、前記燃焼室内での燃料の燃焼による熱によ
    って損傷されるのを防ぐために前記容器の充分な冷却を
    提供しかつ前記容器内に炭素の蓄積を防ぐのに充分高い
    温度に達して操作すべき前記容器の内部表面を許容する
    前記容器の外部表面の手段とからなるホットガス発生器
    。
  4. （４）前記流路を区画する手段が前記外部表面に対して
    良好な熱交換のできる状態の接触でその周りを包む配管
    からなる請求項（３）記載のホットガス発生器。
  5. （５）狭い入口端部と、狭い出口端部と、中間部の比較
    的広い燃焼室とを有する容器； 前記入口端部における、前記容器のほぼ軸方向で前記燃
    焼室に燃焼される燃料を導入するための手段； 前記燃料を導入するための手段と同心でかつその周りに
    配置された酸化剤入口部； 前記出口端部における、前記出口端部に気化される燃料
    を導入し、それによってこの燃料が前記燃焼室から退出
    する燃焼によるホットガスによつて気化される燃料流出
    口； 前記燃焼室の内部を少なくとも部分的に裏打ちしている
    熱遮蔽材； 前記容器に対する冷却剤として作用する燃料のための流
    路を区画する前記容器の外部表面の手段；前記燃焼室内
    における燃料の燃焼による熱によつて前記容器が損傷さ
    れるのを防ぐために役立ち、かつ、前記容器内に炭素の
    蓄積を防止するような充分高い温度で操作することので
    きる前記容器の内部表面を提供する前記冷却手段および
    前記熱遮蔽材とからなるホットガス発生器。
  6. （６）前記遮蔽材が前記燃焼室内における前記容器の内
    部表面のセラミック材料の層から成る請求項（５）記載
    のホットガス発生器。
  7. （７）前記流路を区画する手段が前記外部表面に対して
    良好な熱交換のできる状態の接触でその周りを包む配管
    からなる請求項（５）記載のホットガス発生器。
  8. （８）前記熱遮蔽材が前記燃焼室内における前記容器の
    内部表面のセラミック材料の層から成り、前記流路を区
    画する手段が前記外部表面に対して良好な熱交換のでき
    る状態の接触でその周りを包む配管からなる請求項（５
    ）記載のホットガス発生器。
  9. （９）ホットガスをそれに供給して同時に駆動す体連絡
    状態にあるようにタービンホィールと組合せてなる請求
    項（８）記載のホットガス発生器。
JP63289019A 1987-11-20 1988-11-17 ホットガス発生器 Pending JPH01159421A (ja)

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US123,303 1993-09-17

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