JPH0710051Y2 - エアターボラムジェットエンジン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は宇宙往環機等に用いるエアターボラムジェット
エンジン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エンジン１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に駆動伝達し得るタービン、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
ポンプ等によりプリクーラ２に導き、エアターボラムジ
ェットエンジン１内に取り入れられた空気８の冷却に利
用すると共に、液体水素７自体を昇温させて水素ガス
７′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、前記水素ガス７′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７′を高温高圧の水素ガス７″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７″とする）。この高温高圧の水素ガス７″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にて圧縮された空気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７″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エ
ンジン１の後部ノズル14出口にて膨張し、推力を発生す
るようになっている。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、宇宙往環機等のように、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エン
ジン１を採用する為には、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７″を従来以上に高
温化して導いてやる必要があり、前述の従来構造の如
く、エンジンケーシング９内に形成した水素加熱部３に
て液体水素７または水素ガス７′の加熱を行うのでは、
熱伝達率が小さく十分な加熱が得られなかった。

本考案は上述の実情に鑑みて成したもので、宇宙往環機
等に採用し得る熱交換効率の高い水素加熱器を備えたエ
アターボラムジェットエンジン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することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本考案は高圧に保持された液体水素または水素ガスを燃
焼室後部の燃焼ガスと熱交換して高温高圧の水素ガスと
し、その高温高圧の水素ガスでタービンを駆動し、該タ
ービンの駆動により回転する圧縮機で圧縮した空気を前
記タービンから排出された水素ガスと混合して燃焼し、
燃焼により生じた高温高圧の燃焼ガスを膨張させて推力
を生じるエアターボラムジェットエンジンにおいて、燃
焼室後方におけるエンジンダクト内に、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エンジンダク
ト内に導く導入部と、前記エンジンケーシングを貫通し
て高温高圧化した水素ガスをエンジンダクト外へ導く排
出部と、前記導入部及び排出部に連通し且つ前記エンジ
ンダクト周方向に形成された円形部とから構成される水
素加熱管を設け、前記円形部外周を所要間隔を置いて包
囲するように輻射板を設け、該輻射板をエンジンケーシ
ングに支持してなる水素加熱器を備えたことを特徴とす
るものである。

［作用］ 従って本考案では、水素加熱管の導入部に供給された液
体水素または水素ガスは、極めて高温の燃焼ガスにさら
されているエンジンダクト内の水素加熱管の全ての場所
で、前記燃焼ガスと熱交換されて高温高圧の水素ガスと
なり、排出部を介してエンジンダクト外へと導かれる。
この時、水素加熱管の円形部外周は輻射板によって包囲
されているので、該輻射板からの輻射により水素加熱管
の熱交換が促進されるとともに、一旦燃焼ガスとの熱交
換によって水素加熱管が得た熱が相対的に低温側となる
外周側に向け放熱される現象が防止される。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明する。

第１図〜第３図は本考案の一実施例であり、前述の第４
図に示した実施例と略同様のエアターボラムジェットエ
ンジン１において、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
又は水素ガス７′を前記エンジンダクト10内に導く導入
部15aと、該導入部15a近傍の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７″をエンジンケーシン
グ９外へ導く排出部16aと、前記導入部15a及び排出部16
a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17aとから構成される水素加熱管18aを設け、該
水素加熱管18aをエンジンダクト10の軸心方向に所要本
数密接に配設し、その夫々の水素加熱管18aを相互に当
接せしめ且つその当接部分の所要箇所を点溶接して一体
化する。この時、前記水素加熱管18aの円形部17aが夫々
合致するようにして、エンジンダクト10の軸心方向に短
い筒状部19を形成すると共に、水素加熱管18aの導入部1
5a及び排出部16aがエンジンケーシング９を貫通する位
置を相互に、180°ずつずらして配置し、第１図におけ
る左右両側から均等に筒状部19が支持されるようにす
る。

更に、上記の如く構成した筒状部19を有する水素加熱管
18a群をエンジンダクト10の軸心方向に所要間隔を置き
ながら複数群連設し、該水素加熱管18a群の所要群毎
（図示する例では二群毎）に、前記筒状部19内に円形部
17bを螺旋状に複数周巻くことによりコイル部20を形成
する水素加熱管18bを配設し、その導入部15b及び排出部
16bを夫々対向する方向（第１・２図中においては上下
方向）からエンジンケーシング９を貫通せしめ且つ前記
各水素加熱管18a群の間を通して前記コイル部20を支持
させるようにする。

更に、内周側の水素加熱管18bの外周、即ち外周側の水
素加熱管18aの筒状部19と内周側の水素加熱管18bのコイ
ル部20との間に、第３図に示すようなその軸心方向所要
位置に複数の開放部21を開口した筒状の輻射板22を、エ
ンジンダクト10軸心方向に延設し、前記外周側の各水素
加熱管18a群の間を通された支持材23でエンジンケーシ
ング９に支持する。ここで前記開放部21は、外周側の各
水素加熱管18a群の間に開口されており、内周側の水素
加熱管18bの導入部15b及び排出部16bを、開放部21を通
すようにして干渉しないように配置してある。

更に、外周側の水素加熱管18aの筒状部19の外周、即ち
該筒状部19とエンジンケーシング９内周との間には、第
３図に二点鎖線で示すような該エンジンケーシング９に
沿う曲面形状の輻射板24を、前記外周側の水素加熱管18
aの導入部15a及び排出部16aに干渉しないように配設
し、これを支持材25を介してエンジンケーシング９に支
持させる。又、上記輻射板24は、前記内周側の水素加熱
管18bの導入部15b及び排出部16bとも干渉しないよう、
エンジンダクト10軸心方向へ所要間隔を置いて前記導入
部15b及び排出部16bを通しながら連設されている。

尚、前述した輻射板22及びその支持材23と輻射板24及び
その支持材25は耐熱性の高い物質、例えばアルミナ等か
ら構成されている。

又、前記外周側の水素加熱管18aと内周側の水素加熱管1
8bとは、エンジンケーシング９外で接続されており、外
周側の水素加熱管18aを通過した高温高圧の水素ガス
７″が更に内周側の水素加熱管18bに導かれて高温高圧
されるようになっている。

以上述べた如く、水素加熱管18a及び18b、輻射板22及び
24、支持材23及び25から水素加熱器26を構成する。

上記構成によれば、図示しないプリクーラからの水素ガ
ス７′、或いはプ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
７を、外周側の各水素加熱管18aの夫々の導入部15aに分
岐して供給すると、該液体水素７または水素ガス７′
は、極めて高温の燃焼ガス11にさらされた前記水素加熱
管18aの全ての場所で前記燃焼ガス11と十分な熱交換を
行って高温高圧の水素ガス７″となり、該高温高圧され
た水素ガス７″は各排出部16aを介して一旦エンジンダ
クト10外に導かれた後、再び内周側の各水素加熱管18b
の夫々の導入部15bから前記エンジンダクト10内中央部
に導かれ、更に燃焼ガス11と熱交換されて極めて高温高
圧な水素ガス７″となり各排出部16bを介して図示しな
いタービンへと送られる。

ここで、前記内周側の水素加熱管18bは外周側の水素加
熱管18aより保有温度が高く、該外周側の水素加熱管18a
はエンジンケーシング９内周より保有温度が高くなり、
必然的に不均一な温度分布状態となるが、各々の間には
燃焼ガス11によって高温となり輻射熱を発する輻射板22
及び24が配設してあるので、高温側から低温側への放熱
が遮断され、一旦燃焼ガス11との熱交換によって得た熱
を再度放熱してしまう現象が防止される。

尚、内周側の水素加熱管18bの外周に配設された輻射板2
2には複数の開放部21が開口してあり、且つ外周側の水
素加熱管18aの外周に配設された輻射板24は所要間隔を
置いて配設してあるので、各輻射板22,24の内側と外側
で燃焼ガス11の温度差を生じせしめるような温度境界層
の発達が防止される。

従って上記によれば、エンジンダクト10内部に配設した
水素加熱管18a及び18bで燃焼ガス11と熱交換するように
しているので、従来のエンジンケーシング９内の水素加
熱部３（第４図参照）と比較して熱交換面積を大幅に拡
大することができると共に、輻射板22及び24によって高
温側から低温側への放熱を遮断することができるので、
熱交換効率を大幅に向上することができる。更に、上記
により図示しないタービンへ導く水素ガス７″を従来以
上に高温化することができるのでエアターボラムジェッ
トエンジン１の性能を大幅に向上することができる。

尚、本考案のエアターボラムジェットエンジンは、上述
の実施例にのみ限定されるものではなく、水素加熱管の
円形部を二重構造とすることなく、一重構造としても良
いし、三重以上の構造としても良いこと、その他本考案
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。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案のエアターボラムジェットエ
ンジンによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得
る。

（Ｉ）エンジンダクト内に配設した水素加熱管によって
燃焼ガスと熱交換するようにしているので、従来より大
幅に熱交換面積を拡大することができる。

（II）水素加熱管の円形部外周に輻射板を設けているの
で、該輻射板からの輻射により水素加熱管の熱交換が促
進されるとともに一旦燃焼ガスとの熱交換によって水素
加熱管が得た熱が相対的に低温側となる外周側に向け放
熱される現象が防止できる。

（III）上記（Ｉ）、（II）により水素加熱管の熱交換
効率を著しく向上することができ、タービンに導く水素
ガスを従来以上に高温化してエアターボラムジェットエ
ンジンの性能を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の断面図、第２図は第１図の
II−II方向の矢視図、第３図は第１図及び第２図に示す
水素加熱器の輻射板の斜視図、第４図は従来例を示す断
面図である。 図中、１はエアターボラムジェットエンジン、４は圧縮
機、５はタービン、６は燃焼室、７は液体水素、７′は
水素ガス、７″は高温高圧の水素ガス、９はエンジンケ
ーシング、10はエンジンダクト、11は燃焼ガス、15a,15
bは導入部、16a,16bは排出部、17a,17bは円形部、18a,1
8bは水素加熱管、22は輻射板、23は支持材、24は輻射
板、25は支持材、26は水素加熱器を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧に保持された液体水素または水素ガス
   を燃焼室後部の燃焼ガスと熱交換して高温高圧の水素ガ
   スとし、その高温高圧の水素ガスでタービンを駆動し、
   該タービンの駆動により回転する圧縮機で圧縮した空気
   を前記タービンから排出された水素ガスと混合して燃焼
   し、燃焼により生じた高温高圧の燃焼ガスを膨張させて
   推力を生じるエアターボラムジェットエンジンにおい
   て、燃焼室後方におけるエンジンダクト内に、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エンジ
   ンダクト内に導く導入部と、前記エンジンケーシングを
   貫通して高温高圧化した水素ガスをエンジンダクト外へ
   導く排出部と、前記導入部及び排出部に連通し且つ前記
   エンジンダクト周方向に形成された円形部とから構成さ
   れる水素加熱管を設け、前記円形部外周を所要間隔を置
   いて包囲するように輻射板を設け、該輻射板をエンジン
   ケーシングに支持してなる水素加熱器を備えたことを特
   徴とするエアターボラムジェットエンジン。