JPH05240419A - 燃焼器の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却ジャケットに作用する熱応力を吸収する
機能を確保しながらジャケット構造を簡略化する。ま
た、冷却水を全周均等に分配して偏流を防止する。 【構成】 内筒１６と外筒１７，１８とを立上り壁１７
ａ，１８ａで連結して、入口側および出口側両ヘッダ１
９，２０を備えた冷却ジャケット１２を構成し、この冷
却ジャケット１２を、外筒１７，１８における立上り壁
１７ａ，１８ａと反対側の端部で燃焼器本体１１の両端
部に連結し、熱応力を立上り壁１７ａ，１８ａで吸収す
るようにした。また、流入した冷却水を周方向に分配す
るためのオリフィス２５…，２６…を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はラムジェットエンジン、
スクラムジェットエンジンの地上試験設備における空気
加熱装置等に使用される燃焼器の冷却構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】上記ジェットエンジンの地上試験設備に
使用される空気加熱装置の燃焼器を例にとって説明す
る。

【０００３】この試験設備は、図６に示すように空気加
熱装置ＨとノズルＮとによって構成され、空気加熱装置
Ｈにより加熱され高温化した空気流がノズルＮで超音速
に加速されてテストエンジンＥの気取入れ口に供給され
る。

【０００４】空気加熱装置Ｈは、インジェクタ１と燃焼
器２とから成り、インジェクタ１に設けられた多数の噴
射エレメント３…から噴射される燃料水素と、エレメン
ト３…間の隙間を通ってエレメント出口側に送られる酸
素過濃空気との混合気が図示しない点火プラグにより点
火されて燃焼し、燃焼器２内に高温空気流がつくられ
る。

【０００５】従来、この燃焼器２の冷却構造として、燃
焼器本体４の外周に冷却ジャケット５を設け、この冷却
ジャケット５に冷却媒体（多くの場合は水、以下冷却水
の場合で説明する）を通して外部から冷却する構成のも
のが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような冷却構造に
おいては、高温となる燃焼器本体４と低温側である冷却
ジャケット５の熱膨張の差によって冷却ジャケット５に
作用する応力を吸収する手段が必要となり、従来は、こ
の熱応力を吸収するために、図示のようにジャケット全
体を蛇腹状（ベローズ）に形成している。

【０００７】ところが、このベローズ型ジャケット５を
用いると、このジャケット５の加工が面倒で、コストが
高くなるという欠点があった。

【０００８】一方、この種の冷却構造においては、ジャ
ケット５の一端部に入口側ヘッダ６、他端部に出口側ヘ
ッダ７をそれぞれ設け、入口パイプ８から供給される冷
却水を入口側ヘッダ６で周方向に拡散させて冷却水通路
９に通し、出口側ヘッダ７から出口パイプ１０に流出さ
せるようにしている。

【０００９】この場合、従来は、入口側ヘッダ６と冷却
水通路９の断面積の差に基づく絞り作用により、冷却水
を同ヘッダ７内で周方向に分配するようにしているが、
とくに流入する冷却水量が少なくなると、絞り作用が不
十分となって冷却水の周方向分配作用が十分行われず、
冷却水が入口パイプ８に近い側に偏って流れる所謂偏流
が生じ易いという問題があった。

【００１０】そこで本発明は、冷却ジャケットに作用す
る熱応力を吸収でき、しかもベローズ型のジャケットと
比較してジャケットの構造が簡単で加工コストが安くて
すむ燃焼器の冷却構造を提供するものである。

【００１１】また、請求項２の発明は、加えて、冷却水
を各冷却水通路に確実に均等分配して偏流を防止するこ
とができる燃焼器の冷却構造を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃焼
器本体の外周に冷却ジャケットが設けられ、この冷却ジ
ャケットは、内筒の軸方向両側に、内筒に対して外周側
に立ち上がる立上り壁を一端に備えた外筒が、上記立上
り壁で内筒に連結され、かつ、内筒との間に入口側およ
び出口側両ヘッダが形成される状態で取付けられ、この
冷却ジャケットの内筒と上記燃焼器本体との間に、上記
両ヘッダ間に跨る冷却媒体通路が形成されるとともに、
上記冷却ジャケットの両側外筒が上記立上り壁と反対側
の端部で上記燃焼器本体の両端部に連結されてなるもの
である。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、入口側および出口側両ヘッダの少なくとも一方にお
いて、内筒と外筒との間に仕切り壁が設けられ、この仕
切り壁の周方向複数個所にオリフィスが設けられてなる
ものである。

【００１４】

【作用】上記構成によると、燃焼器本体と冷却ジャケッ
トの熱膨張の差による熱応力は、同ジャケットの両側外
筒に加えられ、この両側外筒の立上り壁で吸収される。

【００１５】すなわち、入口側および出口側両ヘッダを
形成する両側立上り壁がベローズの役割を果たすため、
全体をベローズ形状とした従来の冷却ジャケットと比較
して、同ジャケットの構造が簡単ですみ、加工も容易と
なる。

【００１６】また、請求項２の構成によると、加えて、
流入した冷却水がオリフィスでの絞り作用によって流通
抵抗を与えられ、これによって冷却水が入口側ヘッダ内
で周方向に均等に分配される。

【００１７】すなわち、オリフィスを設けることによ
り、冷却水の絞り作用が強化されて冷却水の周方向分配
作用が確実に行われる。これにより、冷却水の偏流を防
止し、全周均一な冷却効果を得ることができる。

【００１８】

【実施例】この実施例では、従来説明に合わせてジェッ
トエンジン用試験設備に使用される空気加熱装置の燃焼
器を適用対象として例にとっている。

【００１９】第１実施例（図１〜図４参照） １１は燃焼器本体、１２はこの燃焼器本体１１の外周に
設けられた冷却ジャケットである。

【００２０】燃焼器本体１１は軸方向両端にフランジ１
３，１４を有し、このフランジ１３，１４を含めて外周
面に多数の冷却水通路１５…が周方向一定ピッチで設け
られている。なお、この冷却水通路１５…は、エンドミ
ル等による研削加工によって開放溝状に形成され、冷却
ジャケット１２により開放側が閉塞される。

【００２１】冷却ジャケット１２は、内筒１６と、この
内筒１６の軸方向両側に取付けられた外筒１７，１８と
から成っている。

【００２２】外筒１７，１８は、内筒１６に対して外周
側に垂直に立ち上がる立上り壁１７ａ，１８ａを一端に
有し、この立上り壁１７ａ，１８ａが内筒１６の外周面
に、他端が本体１１のフランジ１３，１４にそれぞれ溶
接等にて連結されている。

【００２３】これにより、ジャケット１２の片側に、内
筒１６と外筒１７とフランジ１３とで囲まれた入口側ヘ
ッダ１９、反対側に、内筒１６と外筒１８とフランジ１
４とで囲まれた出口側ヘッダ２０がそれぞれ形成され、
入口側ヘッダ１９に入口パイプ２１、出口側ヘッダ２０
に出口パイプ２２がそれぞれ接続されている。

【００２４】また、両側ヘッダ１２，１３には、内筒１
６と外筒１７，１８との間に仕切り壁２３，２４が設け
られ、この仕切り壁２３，２４の外周部に多数のオリフ
ィス２５…，２６…が周方向一定ピッチで設けられてい
る。

【００２５】さらに、入口側ヘッダ１２には、仕切り壁
２３よりも下流側において内筒１６の入口側端部から外
周側に垂直に立ち上がる堰板２７が、外筒１７との間に
隙間を置いて全周に亘って設けられ、オリフィス２５…
を通過した冷却水が、この堰板２７により、オリフィス
２５…よりは緩い絞り作用を受けるように構成されてい
る。

【００２６】なお、ジャケット１２は、とくに図示しな
いが半割り状の一対の分割ピースが燃焼器本体１１の外
周に嵌め込まれた状態で、互いの接合部分で溶接等にて
結合されて構成されている。この場合、ジャケット１２
と燃焼器本体１１とは、互いの嵌合面でとくにシールさ
れていないが、この嵌合面同士を密着させることによ
り、各冷却水通路１５…間の水の出入りを殆ど無視でき
る程度まで抑えることができる。

【００２７】この構成において、高温側である燃焼器本
体１１と低温側であるジャケット１２の熱膨張の差によ
ってジャケット１２に作用する応力（引っ張り、圧縮応
力）は、両側外筒１７，１８の立上り壁１７ａ，１８ａ
の弾性変形によって吸収される。すなわち、両側ヘッダ
１９，２０の一部であるこの立上り壁１７ａ，１８ａが
ベローズの役割を果たす。

【００２８】一方、入口パイプ２１から供給される冷却
水は、入口側ヘッダ１９に流入し、ここで各冷却水通路
１５…に分配され、同通路１５…内を通って燃焼器本体
１１を冷却した後、出口側ヘッダ２０から出口パイプ２
２に流出する。

【００２９】この場合、冷却水は、まず入口側ヘッダ１
９のオリフィス２５…で絞り作用を受けることにより周
方向に拡散して各冷却水通路１５…に分配され、次いで
通路入口部分で堰板２７によって流量制限される。

【００３０】さらに、この冷却水は、出口側において
も、ヘッダ２０の入口部分でオリフィス２６…によって
絞られるため、冷却水通路１５…内に背圧が作用し、こ
れが入口側ヘッダ１９に及んでオリフィス２５…の通過
抵抗となる。

【００３１】このように、入口側および出口側双方で積
極的に冷却水を絞ることにより、入口側ヘッダ１９での
冷却水の周方向分配作用を強化することができる。しか
も、入口側のオリフィス２５を冷却水の流入方向と直角
方向に設けているため、入口側ヘッダ１９内で冷却水が
滞留しやすくなる。

【００３２】これにより、流入水量が少なくなった場合
でも、冷却水を各冷却水通路１５…に均等に分配して所
謂偏流を防止することができる。

【００３３】また、冷却水通路１５…が両側フランジ１
３，１４にも設けられ、しかも両側オリフィス２５…，
２６…がこのフランジ１３，１４に向けて設けられてい
るため、燃焼器本体１１をこの両側フランジ１３，１４
を含めて端から端まで死角なしにもれなく冷却すること
ができる。

【００３４】第２実施例（図５参照） 第１実施例との相違点のみを説明すると、この第２実施
例では、燃焼器本体１１と冷却ジャケット１２（図では
内筒１６のみを示す）の嵌合面において、本体側に凹部
２８、ジャケット側にこの凹部２８に嵌まり込む凸部２
９をそれぞれ周方向複数個所に設けている。

【００３５】こうすれば、この凹凸嵌合部分によって各
冷却水通路１５…間での水の出入りをより確実に防止す
ることができる。

【００３６】ところで、上記実施例では両側ヘッダ１
９，２０に仕切り壁２３，２４を設け、これにオリフィ
ス２５，２６を設けたが、このオリフィス付き仕切り壁
を両側ヘッダ１９，２０の一方のみに設けてもよい。

【００３７】また、本発明は空気加熱装置の燃焼器に限
らず、たとえば内燃ガスタービンの燃焼器等、各種燃焼
器に適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、内筒
と、この内筒に対して外周側に立ち上がる立上り壁を一
端に備えた外筒とを上記立上り壁で連結して、入口側お
よび出口側両ヘッダを備えた冷却ジャケットを構成し、
この冷却ジャケットを、外筒の他端で燃焼器本体の両端
部に連結したから、燃焼器本体と冷却ジャケットの熱膨
張の差による熱応力を両側外筒の立上り壁で吸収するこ
とができる。

【００３９】すなわち、入口側および出口側両ヘッダを
形成する両側立上り壁をベローズとして機能させる構成
としたから、全体をベローズ形状とした従来の冷却ジャ
ケットと比較して、同ジャケットの構造が簡単ですみ、
加工が容易でコストが安くてすむ。

【００４０】また、請求項２の発明によると、上記効果
に加えて、流入した冷却水を、入口側ヘッダもしくは出
口側ヘッダまたはその双方に設けたオリフィスで絞り、
これによって冷却水を入口側ヘッダ内で積極的に周方向
に拡散させるようにしたから、従来のように入口側ヘッ
ダと冷却水通路の断面積の差のみによって絞り作用を得
る場合と比較して、冷却水の絞り作用を強化して冷却水
の周方向分配作用を確実に行わせることができる。この
ため、冷却水の偏流を防止し、全周均一な冷却効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる燃焼器の半部断面
斜視図である。

【図２】同燃焼器の側断面図である。

【図３】図２のIII-III線断面図である。

【図４】図２のIV-IV線断面図である。

【図５】本発明の第２実施例にかかる燃焼器の部分断面
図である。

【図６】従来の燃焼器を用いた空気加熱装置の構成と作
用を説明するための概略側断面図である。

【符号の説明】

１１ 燃焼器本体 １２ 冷却ジャケット １５ 冷却水通路 １６ 冷却ジャケットの内筒 １７，１８ 外筒 １７ａ，１８ａ 立上り壁 １９ 入口側ヘッダ ２０ 出口側ヘッダ ２３，２４ 仕切り壁 ２５，２６ オリフィス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼器本体の外周に冷却ジャケットが設
   けられ、この冷却ジャケットは、内筒の軸方向両側に、
   内筒に対して外周側に立ち上がる立上り壁を一端に備え
   た外筒が、上記立上り壁で内筒に連結され、かつ、内筒
   との間に入口側および出口側両ヘッダが形成される状態
   で取付けられ、この冷却ジャケットの内筒と上記燃焼器
   本体との間に、上記両ヘッダ間に跨る冷却媒体通路が形
   成されるとともに、上記冷却ジャケットの両側外筒が上
   記立上り壁と反対側の端部で上記燃焼器本体の両端部に
   連結されてなることを特徴とする燃焼器の冷却構造。
2. 【請求項２】 入口側および出口側両ヘッダの少なくと
   も一方において、内筒と外筒との間に仕切り壁が設けら
   れ、この仕切り壁の周方向複数個所にオリフィスが設け
   られてなることを特徴とする請求項１記載の燃焼器の冷
   却構造。