JPH074660A

JPH074660A - 燃焼加熱器

Info

Publication number: JPH074660A
Application number: JP14624393A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Yoshino; 智哉吉野; Masahiro Yoshida; 正博吉田; Isao Ishigamori; 勲石ヶ森; Takashi Hashimoto; 孝橋本; Kazuyoshi Ninomiya; 一芳二宮; Takuo Kuwabara; 卓雄桑原; Minoru Kono; 実光野
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1995-01-10
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JP3205126B2

Abstract

(57)【要約】【目的】総温の均一な高温高圧の気体を安定に発生で
き、二次空気による内筒の熱負荷の低減が充分に得ら
れ、かつ、保炎した火炎の付着による焼損が充分に防止
できるようにした燃焼加熱器を提供すること。【構成】燃焼室を形成する外筒１内の上流部に円錐形
の内筒４が設けられ、これに混合用空気供給ノズル２ｃ
からの二次空気が直接均一に吹き付けられるようにす
る。燃焼室は、内筒４により燃焼領域５と二次空気通路
７に分けられ、混合用空気通路出口７ａは混合用空気の
流速が燃焼ガスの流速の０．８倍以上となるよう形成さ
れる。燃焼領域５には、燃料と酸化剤が流入し、燃焼ガ
スを発生させる。二次空気通路７に供給される酸化剤は
内筒４を均一に冷却し、混合用空気通路出口７ａから混
合領域６に供給される。【効果】内筒は二次空気により効率良く均一に冷却さ
れ熱負荷が低減されると共に、二次空気出口での火炎の
付着による内筒４の焼損が防止でき、安定な燃焼状態の
もとで総温が均一な高温高圧気体を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温高圧の燃焼ガスを
発生する加熱燃焼器に係り、特に空気吸込式エンジン試
験装置の如く、高温高圧の燃焼ガス(例えば１４００
℃、６０ａｔａ)を必要とする場合に好適な燃焼加熱器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音速航空機用のエンジンとし
て、ラムジェットなどの空気吸込式エンジンが注目され
ているが、その開発には熱風洞試験装置が必要である。
そして、この熱風洞試験装置の中核をなすのは燃焼加熱
器であり、従って、実験の精度向上のためには、総温
(ガスが有する運動エネルギーも考慮した温度)が均一な
高温高圧の燃焼ガスを安定して供給することができる燃
焼加熱器が必要になる。

【０００３】しかして、このような燃焼加熱器では、燃
料と酸化剤(空気、純酸素など)の混合比を、燃焼を行う
領域で安定燃焼しやすい状態に保って燃焼を行なう必要
があり、この結果、その領域の周辺は１７００℃にも達
する非常な高温に曝されることになり、従って、燃焼領
域を区画する部材を熱から保護する必要がある。

【０００４】そこで、このため、一般には燃焼室内に内
筒を設け、これにより燃焼領域の外側に、燃焼ガスに二
次的に混合する希釈用の酸化剤(二次空気、或いは混合
用空気ともいう)を流通させ、この空気により燃焼領域
を区画する部材を冷却する方法が用いられている。

【０００５】一方、このような燃焼加熱器に関連する従
来技術の一例を挙げると、図７に示すように、燃焼室１
０の内部にライナ１１を設けたガスタ−ビン用の燃焼器
があり、このようなガスタービンの燃焼器においても、
長時間の連続運転を行う必要かあるので、燃焼室１０全
体を高温の燃焼ガスから守る必要があり、このため、こ
の従来技術では、燃焼室全長にほぼ等しい長さのライナ
１１を設け、ライナ１１の外側を流れる混合用空気が、
矢印で示すように、ライナ１１に設けられている空気通
路から燃焼室に導入されるような構造となっている。

【０００６】ところで、空気吸込式エンジン試験装置で
は、そこで発生する高温ガスの温度を、例えば、上記し
たように１４００℃などの極めて高い温度にするために
は、上記のような燃焼加熱器を用いた場合においても、
燃焼ガスに混合すべき希釈用の空気の量を少なくしなけ
ればならず、この結果、内筒への熱負荷は、より厳しい
ものとなるから、効率のよい冷却を行い、熱負荷を低減
した上で、総温の均一な高温・高圧の燃焼ガスが安定に
発生できるようにしなければならない。また、このと
き、空気通路出口で保炎した火炎の内筒への付着による
焼損を防止する必要もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、燃焼
室ライナの冷却に主眼が置かれており、燃焼の安定性と
総温の均一性の点について配慮がなされておらず、空気
吸込式エンジン試験装置の燃焼装置に要求される性能を
満たすことができないという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、空気吸込式エンジン試験
装置の燃焼加熱器として、総温の均一な高温高圧の気体
を安定に発生でき、希釈用空気による内筒の熱負荷の低
減が充分に得られ、かつ、保炎した火炎の付着による焼
損が充分に防止できるようにした燃焼加熱器を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、燃焼領域と
混合用空気通路を区画するための内筒を有する燃焼加熱
器において、この内筒を主燃焼筒の下流側へ向けて断面
積が拡大する円錐形にするか、主燃焼筒の内筒の外側の
部分を下流側へ向けて断面積が減少する円錐形にするこ
とにより、主燃焼筒の内周面と内筒の下流端の外周面と
の間に二次空気の出口が形成されるようにすると共に、
複数の空気噴出孔を有する二次空気供給用のノズルを内
筒の外壁側希釈空気取入部に複数個配設し、これらノズ
ルの複数の空気噴出孔から希釈用の空気が内筒外周全面
に均一に噴出されるようにして達成され、より望ましく
は、さらに希釈用の空気の出口から噴出する空気の流速
が燃焼ガスの流速の０．８倍以上になるようにして達成
される。

【００１０】

【作用】燃焼ガスの下流側に向かって広がった円錐形の
内筒を用い、この内筒の上流側の外周に、複数の空気噴
出孔を有する二次空気供給用のノズルが配置されている
ので、混合用空気は直接内筒の外側に均一に吹き付けら
れ、内筒は効率良く均一に冷却される。また、最も熱条
件の厳しくなる内筒後端では混合用空気の流速が速くな
るので熱負荷は大幅に低減し、また、火炎が付着しな
い。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による燃焼加熱器について、図
示の実施例を用いて詳細に説明する。図１〜図３は、本
発明の一実施例を示したもので、これらの図において、
まず１は、燃焼室を形成する外筒(主燃焼筒)であり、こ
の外筒１の上流側(燃焼ガスの上流側)には、酸化剤供給
室２を形成している酸化剤取入部材８が取り付けられ、
外筒１の内部には、この外筒１の上流側から燃焼ガスの
流れ方向、つまり下流側に向かって円錐状に広がった内
筒４が設けられている。そして、酸化剤取入部材８に
は、複数個の酸化剤供給用のノズル２ａと、複数個の二
次空気供給用のノズル２ｂが設けられている。

【００１２】外筒１により形成されている燃焼室の上流
側は、円錐形の内筒４により燃焼領域５と二次空気通路
７に分けられているが、このうち、燃焼領域５は酸化剤
供給用のノズル２ａを介して酸化剤供給室２に連通さ
れ、二次空気通路７は二次空気供給用のノズル２ｂを介
して酸化剤供給室２に連通されている。そして酸化剤供
給用のノズル２ａの中心には、さらに燃料供給用のイン
ジェクタ３が取り付けられ、空気供給用のノズル２ｂに
は、図３に示すように、２個以上の異なる方向を向いた
二次空気の噴出孔穴２ｃが形成されている。

【００１３】一方、円錐形の内筒４の後端部(下流側)
は、特に図２に明瞭に示されているように、外筒１の内
周面に所定の間隙寸法を保って接近するように作られ、
これにより、この部分に二次空気通路７の出口７ａが形
成されるようになっており、この出口７ａの下流で燃焼
領域５と二次空気通路７は合流されて混合領域６を形成
するようになっている。そして、この出口７ａでの間隙
寸法は、この出口７ａから燃焼室内に噴出される混合用
空気の流速が、混合領域６内での燃焼ガスの流速の０.
８倍以上となるように定められている。

【００１４】次に、この実施例の動作について説明す
る。動作時、燃料供給用のインジェクタ３には水素
(Ｈ₂)などの燃料が供給され、他方、酸化剤供給室２に
は空気、酸素(Ｏ₂)などの酸化剤が供給され、これによ
り、燃焼領域５内には、インジェクタ３からの燃料とノ
ズル２ａからの酸化剤とが同時に噴出流入されて燃焼が
開始し、燃焼ガスが発生される。また、これと並行し
て、酸化剤供給室２に酸化剤が供給されたことにより、
空気供給用のノズル２ｂの噴出孔２ｃから二次空気通路
７内に空気、酸素などの酸化剤が噴出流入される。そこ
で、この流入した酸化剤は、二次空気通路７内で円錐形
をした内筒４の外周に沿って下流に流れ、出口７ａから
燃焼室内の混合領域６内に流出し、二次空気として燃焼
ガスに混合され、燃焼ガスの希釈と温度の制御が得られ
るようになる。

【００１５】ところで、このとき、燃焼領域５内で安定
した燃焼状態を保持させるために、燃料と酸化剤の当量
比が極めて燃えやすい状態に調整されており、この状態
で燃焼が行なわれるので、燃焼領域５内の雰囲気は非常
な高温状態になり、従って、内筒４は、この燃焼領域５
内での極めて高い温度の燃焼ガスに曝されることにな
る。

【００１６】しかしながら、この実施例では、上記した
ように、内筒４の外周面には、ノズル２ｂの噴出孔２ｃ
から流入された混合用空気が高速で流れており、従っ
て、この混合用空気の流れにより内筒４の冷却が行なわ
れ、且つ、このとき、この混合用空気は、空気供給用の
ノズル２ｂから内筒４の周方向に均等に吹き付けるよう
に供給されるので、衝突冷却の働きにより内筒４は均等
に効率よく冷却され、この結果、内筒４の温度上昇を充
分に低く抑えることができる。

【００１７】また、この二次空気通路７内の空気は、出
口７ａを通って混合領域６内に供給されるが、このと
き、この出口７ａでは、混合用空気の流速が速くなって
いるため、この部分での火炎の付着を抑えるように働
き、従って、この実施例によれば、火炎の付着による内
筒４の焼損を確実に防止することができる。

【００１８】この実施例の実験結果によれば、図４に示
すように、振動のない安定した燃焼が得られることが確
認されており、さらに、この実施例のように、混合用空
気通路の出口７ａでの混合用空気の流速が燃焼ガス流速
の０.８倍以上になるようにすれば、内筒４に熱による
変形や変質が認められることはなく、勿論、焼損も発生
せず、充分に健全な状態が保たれることが確認されてお
り、従って、この実施例によれば、総温の均一な高温高
圧の気体を安定して発生させることができ、空気吸込式
エンジン試験装置などに適用可能な、信頼性の高い高性
能の燃焼加熱器を容易に提供することができる。

【００１９】なお、図５に示すように、内筒４を流れ方
向に平行な円筒形状として混合用空気通路の出口７ａの
面積を広くし、空気流速を遅くした場合について実験し
た結果、この場合には、火炎の付着が現われ、内筒４の
後端部が焼損してしまうことが確認されており、従っ
て、このことからも、本発明の優位性を充分に知ること
ができる。

【００２０】次に、図６は本発明の他の一実施例で、図
１〜図４で説明した実施例では、内筒４を燃焼ガスの流
れ方向に沿って断面積が大きくなる円錐形状としていた
が、この図６の実施例は、図示のように、内筒４は流れ
方向に平行な円筒形状とし、反対に、外筒１の、内筒４
の外側にある部分１ａを燃焼ガスの流れ方向に沿って断
面積が小さくなる円錐形状にし、これにより二次空気通
路７の下流側の端部に所定の隙間寸法の出口７ａが形成
されるようにしたものであり、さらに、これに応じて、
混合用空気供給用のノズル２ｂを内筒４に向けて傾けて
設置したものである。

【００２１】従って、この実施例によっても、混合用空
気の流れにより内筒４の冷却が行なわれ、且つ、このと
き、この混合用空気は、空気供給用のノズル２ｂから内
筒４の周方向に均等に吹き付けるように供給されるの
で、衝突冷却の働きにより内筒４は均等に効率よく冷却
され、この結果、内筒４の温度上昇を充分に低く抑える
ことができ、且つ、出口７ａでの混合用空気の流速が速
くなっているため、この部分での火炎の付着を抑えるよ
うに働き、火炎の付着による内筒４の焼損を確実に防止
することができる。

【００２２】なお、この実施例でも、出口７ａでの混合
用空気流速が燃焼ガス流速の０.８倍以上となるように
すれば、さらに好結果が得られるのは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、内筒が効率良く均一に
冷却されるから、熱負荷が低減されて温度上昇を充分に
低く抑えることができると共に、混合用空気出口での内
筒の保炎による焼損が確実の防止できるから、安定した
燃焼状態のもとで、総温が均一な温度の高温高圧気体を
確実に、しかも容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃焼加熱器の一実施例を示す一部
断面による側面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す一部断面図である。

【図３】図２の実施例におけるＡ−Ａ線による断面図で
ある。

【図４】本発明の一実施例による燃焼特性図である。

【図５】燃焼加熱器の一例を示す一部断面図

【図６】本発明による燃焼加熱器の他の一実施例を示す
一部断面図である。

【図７】従来技術の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１燃焼室を構成する外筒(主燃焼筒) ２酸化剤供給室２ａ酸化剤供給用のノズル２ｂ二次空気供給用のノズル２ｃ二次空気の噴射孔３燃料供給用のインジェクタ４内筒５燃焼領域６混合領域７二次空気通路７ａ二次空気通路の出口８酸化剤取入部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石ヶ森勲茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者橋本孝茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者二宮一芳神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者桑原卓雄神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者光野実神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主燃焼筒の燃料と酸化剤が供給される上
流側の端部内にほぼ同心状に配置した内筒を有する燃焼
加熱器において、前記内筒を前記主燃焼筒の下流側へ向
けて断面積が拡大する円錐形状にして該内筒の下流側の
端部と前記主燃焼筒の内周面との間に所定の隙間寸法を
有する二次空気出口を形成させると共に、前記主燃焼筒
の上流側の端部から前記内筒の外周面と前記主燃焼筒の
内周面との間の空間部内に開口した二次空気供給用のノ
ズルを複数個設け、これらのノズルから噴出した二次空
気が前記内筒の外周面に衝突するように構成したことを
特徴とする燃焼加熱器。
【請求項２】主燃焼筒の燃料と酸化剤が供給される上
流側の端部内にほぼ同心状に配置した内筒を有する燃焼
加熱器において、前記主燃焼筒の内周面の前記内筒の外
周面に向かい合う部分を、下流側へ向けて断面積が縮小
する円錐形状にして該内筒の下流側の端部と前記主燃焼
筒の内周面との間に所定の隙間寸法を有する二次空気出
口を形成させると共に、前記主燃焼筒の上流側の端部か
ら前記内筒の外周面と前記主燃焼筒の内周面との間の空
間部内に開口した二次空気供給用のノズルを複数個設
け、これらのノズルから噴出した二次空気が前記内筒の
外周面に衝突するように構成したことを特徴とする燃焼
加熱器。
【請求項３】請求項１又は２の発明において、前記二
次空気出口での空気の流出速度が、燃焼ガスの流出速度
の０.８倍以上になるように構成したこを特徴とする燃
焼加熱器。
【請求項４】請求項１又は２の発明において、前記二
次空気供給用のノズルが、相互に異なる方向に開口した
２個以上の空気噴出孔を備えていることを特徴とする燃
焼加熱器。