JPH0450435A - エアターボラムジェット用水素加熱器 - Google Patents

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］ 本発明は宇宙往還機等に用いるエアターボラムジェット
用水素加熱器に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は一般的なエアターボラムジェットの構造の一例
を示すもので、図中２はプリクーラ、３は水素加熱部、
４は圧縮機、５は該圧縮機４の外周部にリング状に配設
され、図示しない駆動伝達機構を介して前記圧縮機４の
動翼１３を駆動し得るタービン、６は燃焼室を示してい
る。

高圧に保持された極めて低温の液体水素７を図示しない
ポンプ等によりブリクーラ２に導き、エアターボラムジ
ェット１内に取り入れられた空気８の冷却に利用すると
ともに、液体水素７自体を昇温させて水素ガス７ａとし
、更に燃焼室６後方におけるエンジンケーシング９に形
成した水素加熱部３に、前記水素がスフａを導いてエン
ジンダクト１０内を流れる燃焼ガス１１との熱交換によ
り水素ガス７ａを高温高圧の水素ガス７ｂとする（プリ
クーラ２を有しないエンジンの場合には、図示しないポ
ンプ等により直接送られてきた液体水素７を水素加熱部
３で高温高圧の水素ガス７ｂとする）。

この高温高圧の水素ガス７ｂをタービン駆動ガス入口マ
ニホールド１２に導き、その流れにより前記タービン５
を駆動する。タービン５が駆動されると、図示しない駆
動伝達機構により圧縮機４が駆動され、空気８を吸入、
圧縮して後方へ流す。これにより、圧縮機４により圧縮
された空気８と前記タービン５から排出された高温高圧
の水素ガス７ｂとが混合して燃焼室６で燃焼され、高温
高圧の燃焼ガス１１となってエンジンダクト１０内を後
方に流れ、エアターボラムジェット１の後部ノズル１４
出口において膨張し、推力を発生するようになっている
。

しかし、宇宙往還機等のように、高性能・高出力を必要
とするものに、上記エアターボラムジェット１を採用す
るためには、タービン駆動ガス入口マニホールド１２に
導く高温高圧の水素ガス７ｂを従来以上に高温化して導
いてやる必要があり、前述の従来構造のごとく、エンジ
ンケーシング９外周に形成した水素加熱部３により液体
水素７または水素ガス７ａを加熱するのでは、熱伝達率
が小さく十分な加熱が得られない。そこで、斯かる問題
を解決するために、第５図に示すような、燃焼室６後方
におけるエンジンダクト１０内に、エンジンケーシング
９を貫通して液体水素７または水素ガス７ａをエンジン
ダクト１０内に導く導入部２６と、前記エンジンケーシ
ング９を貫通して高温高圧化した水素ガス７ｂをエンジ
ンダクト１０長へ導く排出部２７と、前記導入部２Ｂお
よび排出部２７に連通し、且つ前記エンジンダクト１０
周方向に形成された円形部２８とから構成される水素加
熱管２９を設け、前記円形部２８外周を所要間隔を置い
て包囲するように輻射板３０を設け、該輻射板３０をエ
ンジンケーシング９に支持してなる水素加熱器が提案さ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述の水素加熱器は、近接した低温の導
入部２Ｂと高温の排出部２７がエンジンケーシング９を
貫通するため、エンジンケーシング９の局部に高温部と
低温部が生じ、そこに応力が発生し、また、十分な加熱
を得るためには、多数の水素加熱管２９を重ねてエンジ
ンダクト１０長手方向に並べなければならず、圧力損失
を招き、水素加熱管２９がエンジンダクト１θ内に占め
るスペースが長大化する等の問題がある。

本発明は、前述の実情に鑑み、宇宙往還機等に適用する
エアターボラムジェットに採用し得る熱交換効率の高い
エアターボラムジェット用水素加熱器を提供することに
よって、タービンに導く水素ガスを従来以上に高温化し
て、エンジン性能を大幅に向上させることを目的として
なしたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、エアターボラムジェットの燃焼室後方のエン
ジンダクト内に、先端部を燃焼室側に向けた水素ヘッダ
をエンジンダクト長手方向に延設し、該水素ヘッダの先
端部にエンジンケーシングを貫通して液体水素または水
素ガスを導く水素導入管と、前記先端部内に在って前記
水素導入管に連通し、先端部内面に向け液体水素または
水素ガスを吐出する開口を有する前部水素ヘッダ室とを
設け、前記開口に連通し、水素ヘッダの先端部から後端
部まで水素ヘッダ外壁の内周に沿い水素ヘッダ長手方向
に延びる流路と、前記前部水素ヘッダ室後方の水素ヘッ
ダ中心部に在って前記流路に連通し、水素ガスを貯留す
る後部水素ヘッダ室とを設け、該後部水素ヘッダ室に沿
って水素ヘッダの長手方向に並べられ、且つ所要の曲率
を以て同じ方向に曲げられた複数の加熱管の縦列を、前
記後部水素へラダ室の周方向の複数箇所に等分に配設し
、前記加熱管を水素ヘッダ外壁とエンジンケーシングを
貫通してエンジンダクト外側に設けた水素排出部に連通
させた構成としている。

［作　　　用］ 従って、本発明では、エンジンケーシングを貫通する水
素導入管を介して前部水素ヘッダ室に導かれ、該前部水
素ヘッダ室の開口から水素ヘッダ先端部内面に向け吐出
された液体水素または水素ガスは、エンジンダクト内を
流れる高温の燃焼ガスに曝されている水素ヘッダ先端部
を冷却するとともに、前記液体水素または水素ガスは、
水素ヘッダ外壁内周の流路に導かれ、ヘッダ外壁を冷却
して後部水素ヘッダ室に流入して一時的に貯留され、さ
らにまた、加熱管を通ってエンジンダクト外の水素排出
部に導かれる際に前記燃焼ガスとの熱交換をなし、極め
て高温高圧の水素ガスとなって水素排出部へ流出する。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例であり、第４図
に示した従来例と略同様のエアターボラムジェットｌに
おいて、燃焼室６後方のエンジンダクト１０内に先端部
■７を前記燃焼室Ｂ側に向けた略砲弾形の水素ヘッダ１
５をエンジンダクトｌＯ長手方向に延設し、前記水素ヘ
ッダ１５の先端部１７に、３方向からエンジンケーシン
グ９を貫通して液体水素または水素ガスを導く水素導入
管１６と、前記水素ヘッダ１５の先端部１７内に在って
前記水素導入管１６に連通し、且つ先端部１７内面に対
して液体水素または水素ガスを吐出する開口１８を有す
る前部水素ヘッダ室１９とを設け、該前部水素ヘッダ室
１９の外周と前記先端部１７外壁内周との間で流路２■
を形成させ、前記前部水素ヘッダ室１９後方の水素ヘッ
ダ１５中心部に、前部水素ヘッダ室１９の後面から水素
ヘッダ１５の後端部２０迄の間に水素ガスを一時的に貯
留する後部水素ヘッダ室２３を延設し、該後部水素ヘッ
ダ室２３外周と水素ヘッダ１５外壁内周との間で該水素
ヘッダ１５外壁に沿い水素ヘッダ１５の後端部２０に至
る流路２２を形成させ、該流路２２は前記流路２１に連
通し、後部水素ヘッダ室２３にも連通している。前記後
部水素ヘッダ室２３に沿い水素ヘッダ１５の長手方向に
並べられ、且つ所要の曲率を以て同じ方向に曲げられた
複数の加熱管２５の縦列を、前記後部水素ヘッダ室２３
の周囲の４箇所に等分に配設し、前記加熱管２５を水素
ヘッダ１５外壁とエンジンケーシング９を貫通してエン
ジンダクトＩＯ外側に設けた水素排出部２４に連通させ
ている。なお、加熱管２５の曲率は加熱管２５の必要長
さを基にして決定することが好ましい。

図示しないプリクーラからの水素ガス、或いはブリクー
ラを有しないエンジンの場合には図示しないポンプ等に
より直接送られてきた液体水素は、水素導入管１６を介
して前部水素ヘッダ室１９に導かれ、該前部水素ヘッダ
室１９の開口１８から水素ヘッダ１５の先端部１７内壁
に向けて吐出され、エンジンダクト１０内を流れる高温
の燃焼ガスに曝された前記水素ヘッダ１５の先端部１７
壁面を冷却するとともに、前記液体水素または水素ガス
は、さらに、流路２１を経て、水素ヘッダ１５外壁に沿
って設けられた流路２２に導かれ、該流路２２を通過す
る間に水素ヘッダ１５外壁を冷却して後部水素ヘッダ室
２３に流入して一時的に貯留され、その後、加熱管２５
を通ってエンジンダクトＩＯ外側の水素排出部２４に導
かれる際に、さらにまた、前記燃焼ガスと熱交換をなし
、極めて高温高圧の水素ガスとなって水素排出部２４へ
流出し、図示していないタービンへ送られる。

前記によれば、エンジンダクト１０内を流れる高温の燃
焼ガスの曝されて傷み易い水素へラダ１５の先端部１７
に低温の液体水素または水素ガスを吹き付け、該先端部
■７を強制的に冷却しているので、前記先端部１７の損
耗を軽減することができ、更に加熱管２５の曲りを調節
することにより熱交換によって取り込む熱量を任意に調
整することができる。

なお、本発明は前述の実施例にのみ限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変
更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のエアターボラムジェット用
水素加熱器によれば、下記のごとき種々の優れた効果を
奏し得る。

■　エンジンダクト内に配設した水素ヘッダ、および加
熱管の全長全周面により、液体水素または水素ガスを介
してヘッダ外壁の温度を下げるよう冷却することができ
る。

（ＩＤ　　加熱管の曲りを調節することにより熱交換に
よって取り込む熱量を任意に調節することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエアターボラムジェット用水素加熱器
の一実施例図、第２図は第１図の実施例に関わる部分拡
大図、第３図は第２図の■−ｍ矢視図、第４図は従来の
エアターボラムジェットの一例図、第５図は水素加熱管
による水素過熱器の一例を示す断面図である。 図中、１はエアターボラムジェット、６は燃焼室、９は
エンジンケーシング、１０はエンジンダクト、１５は水
素ヘッダ、１６は水素導入管、１７は先端部、１８は開
口、１９は前部水素ヘッダ室、２０は後端部、２１．２
２は流路、２３は後部水素ヘッダ室、２４は水素排出部
、２５は加熱管を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）エアターボラムジェットの燃焼室後方のエンジンダ
   クト内に、先端部を燃焼室側に向けた水素ヘッダをエン
   ジンダクト長手方向に延設し、該水素ヘッダの先端部に
   エンジンケーシングを貫通して液体水素または水素ガス
   を導く水素導入管と、前記先端部内に在って前記水素導
   入管に連通し、先端部内面に向け液体水素または水素ガ
   スを吐出する開口を有する前部水素ヘッダ室とを設け、
   前記開口に連通し、水素ヘッダの先端部から後端部まで
   水素ヘッダ外壁の内周に沿い水素ヘッダ長手方向に延び
   る流路と、前記前部水素ヘッダ室後方の水素ヘッダ中心
   部に在って前記流路に連通し、水素ガスを貯留する後部
   水素ヘッダ室とを設け、該後部水素ヘッダ室に沿って水
   素ヘッダの長手方向に並べられ、且つ所要の曲率を以て
   同じ方向に曲げられた複数の加熱管の縦列を、前記後部
   水素ヘッダ室の周方向の複数箇所に等分に配設し、前記
   加熱管を水素ヘッダ外壁とエンジンケーシングを貫通し
   てエンジンダクト外側に設けた水素排出部に連通させた
   ことを特徴とするエアターボラムジェット用水素加熱器
   。