(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出口（１７）に空気流を発生する空気源と、
可燃性流体が供給される少なくとも１つのバーナ（１４）を有する加熱系（１３）と、
該加熱系（１３）により発生された熱エネルギを蓄積し且つ該熱エネルギを熱空気流に放出することが可能な熱交換要素（２７）と、
を含む、例えばラムジェットのような前記熱空気流を発生するための装置において、
前記加熱系（１３）及び前記空気源はそれぞれ、前記可燃性流体の燃焼によって発生されるガスが前記空気源により発生される空気流と混合しないように固定して取り付けられ、
前記熱交換要素（２７）は、前記加熱系（１３）の前部の第１の位置から前記空気源の出口（１７）の前部の第２の位置へと該熱交換要素（２７）を移すことが可能な、回転体である可動支持部（３）に、少なくとも部分的に装填され、
前記可動支持部（３）の上壁（７）に、第１の環状開口（８）を、前記可動支持部（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）と同心関係で設け、
前記可動支持部（３）の下壁（９）には、前記可動支持部（３）の前記軸線（Ｘ−Ｘ）と同心関係で、第２の環状開口（１０）を設け、
前記第２の環状開口（１０）には金属メッシュ（１２）を設け、
前記加熱系（１３）の出口（１６）及び前記空気源の出口（１７）を、前記第２の環状開口（１０）の下側で、前記可動支持部（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に対し直径方向に対向して設け、
前記空気流内に配置され前記加熱系（１３）により予め加熱される前記熱交換要素（２７）を連続的に再生することを特徴とする熱空気流発生装置。
【請求項２】
前記バーナ（１４）は、前記可燃性流体の燃焼のために、前記空気源から到来し、前記熱空気流を発生するのに用いられない空気を使用することを特徴とする請求項１に記載の熱空気流発生装置。
【請求項３】
出口（１７）に空気流を発生する空気源と
可燃性流体が供給される少なくとも１つのバーナ（１４）を有する加熱系（１３）と、
該加熱系（１３）により発生された熱エネルギを蓄積し且つ該熱エネルギを熱空気流に放出することが可能な熱交換要素（２７）と、
を含む、例えばラムジェットのような前記熱空気流を発生するための装置において、
囲壁（２）を有し、
前記空気源の出口（１７）と前記加熱系（１３）の出口（１６）を前記囲壁（２）内に配置し、
前記加熱系（１３）及び前記空気源はそれぞれ、前記可燃性流体の燃焼によって発生されるガスが前記空気源により発生される空気流と混合しないように固定して取り付けられ、
前記囲壁（２）の内部に回転体である前記可動支持部（３）を取り付け、
前記熱交換要素（２７）は、前記加熱系（１３）の前部の第１の位置から前記空気源の出口（１７）の前部の第２の位置へと該熱交換要素（２７）を移すことが可能な、前記可動支持部（３）に、少なくとも部分的に装填され、
前記空気流内に配置され前記加熱系（１３）により予め加熱される前記熱交換要素（２７）を連続的に再生することを特徴とする熱空気流発生装置。
【請求項４】
前記可動支持部（３）と、
前記囲壁（２）との間に配設されて前記可動支持部（３）と、
前記囲壁（２）との間における空気の循環を阻止する隔離手段（２８）と
を設けたことを特徴とする請求項３に記載の熱空気流発生装置。
【請求項５】
前記囲壁（２）の上壁（５）に、
前記空気源の出口（１７）の前部に配設されてノズル（２１）が接続される第１の開口（２０）と、
前記加熱系（１３）の前記出口（１６）の前部に配設されて排気管（２５）が接続される第２の開口（２３）と、
を設けたことを特徴とする請求項３に記載の熱空気流発生装置。
【請求項６】
前記排気管（２５）に、該排気管の横断面積を変更することができる制御可能な内蔵弁（２６）を設けたことを特徴とする請求項５に記載の熱空気流発生装置。
【請求項７】
前記可動支持部（３）と前記囲壁（２）との間に通路（１９）を設けて、前記空気源の出口（１７）からの空気が前記加熱系（１３）に循環することを可能にすることを特徴とする請求項３に記載の熱空気流発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱空気流を発生するための装置に関するものである。
以下、本発明は、例えば、材料の安定性試験又は空気力学的試験或いは壁面冷却系のような熱空気流を要求する多くの設備に使用することができるが、以下においては、特に、ラムジェットを発生するための試験設備もしくは試験リグと関連して説明する。
【０００２】
【従来の技術】
特に、極超音速で動作するように企図されているラムジェットにおいては、試験リグ上に取り付けられているラムジェット装置に対して、可能な限り不純物を伴わずしかも高温である空気を供給する必要があることが知られている。更に、このような空気供給は、飛行をシミュレートしたり或いは熱的に定常な状態におけるラムジェットの熱的安定性を検証するために一般に非常に長い期間に亙って連続的に行わなければならない。
【０００３】
熱空気流を発生するのに、例えば、アルミナ製のボール或いは金属管のような高い熱容量を有する材料を加熱するように企図された加熱装置、例えば、ガスバーナや電気加熱装置等を含む静的加熱装置が知られている。この種の材料を加熱する場合には、加熱器内に純度の高い空気が流入せしめられる。このようにすれば、高温でしかも高純度の空気を得ることが可能となる。と言うのは、上記のような加熱器に空気を通すことによって用いられる空気の組成が変わることはないからである。
【０００４】
しかし、用いられる材料の熱容量は、明らかに制限されているので、このようにして長時間に亙り熱空気を発生するのは不可能であり、上述の形式の試験リグの本質的な動作特性の１つ、即ち、連続した空気送給という条件は満足されない。
【０００５】
更にまた、例えば水素或いはケロシン並びに被加熱空気中の酸素を用いて燃焼することにより連続して空気を加熱することが可能な動的加熱装置も知られている。この場合消費される酸素は加熱後に補充される。このようにして得られる熱空気は、空気と、上記燃焼中に発生される生成物とを含む。従って、この空気は純粋ではなく、そのため、燃焼の研究、特に動力学的原理が重要な役割を果たす燃焼の研究においては問題を生起する。と言うのは、地上において、飛行中に存在するのに類似する動作状態を再現するのが非常に困難であるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述のような問題点を克服することにあり、本発明は、高温度で汚染されていない空気を時間的制限を受けることなく発生することができる熱空気発生装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的で、本発明によれば、出口に空気流を発生する空気源と、出口に熱エネルギを発生する加熱系と、該加熱系により発生された熱エネルギを蓄積し且つ該熱エネルギを上記空気流に放出することが可能な熱交換要素とを含み、上記加熱系及び上記熱源をそれぞれ、上記空気源により発生される空気流が上記加熱系の作用を受けることがないように固定して取り付け、上記熱交換要素を、上記加熱系の出口の前部の第１の位置から上記空気源の出口の前部の第２の位置へと移すことが可能な可動支持部上に配設して、上記空気流内に配置され上記加熱系により予め加熱される上記熱交換要素を連続的に再生することを特徴とする熱空気流発生装置が提案される。
【０００８】
上記のように、加熱系に蓄積される熱を伝達し空気流を加熱するのに用いられる熱交換要素は、連続して再生されるので、熱空気流は間断なく、しかも時間的制限を受けることなく発生される。即ち、所望の長期間に亙って発生することができる。
更に、空気流は加熱系の作用を受けることがないので、発生される熱空気流は上記加熱系により汚染されることはなく、それにより、空気源の出口で発生される空気と同じ純度を有する熱空気を得ることが可能となる。
【０００９】
有利な実施の形態として、上記加熱系は、可燃性流体が供給される少なくとも１つのバーナを備え、該バーナは、上記可燃性流体の燃焼で生ずるガスが加熱された空気流と混合しないように取り付けるのが好ましい。
更にまた、バーナは、上記可燃性流体の燃焼に、上記空気源から到来する空気であって熱空気流を発生するのに使用されない空気を用いるのが有利である。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態においては、上記可動支持部を回転体で構成することにより、本発明の装置を単純化もしくは簡素化することができる。
更に、上記可動支持部は円筒状の容器の形態をなし、該容器に少なくとも部分的に上記熱交換要素で装填するのが有利である。
【００１１】
本発明の別の有利な実施形態として、上記円筒形容器の上壁に第１の環状開口を、該円筒状の容器の軸線と同心位置関係で設け、該容器の下壁には、上記円筒形容器の上記軸線と同心位置関係で第２の環状開口を設け、上記第２の環状開口には金属メッシュを設け、上記加熱系の出口及び上記空気源の出口を上記第２の環状開口の下側で、上記円筒状の容器の軸線に対し直径方向に対向して設けるのが好ましい。
【００１２】
更にまた、本発明の装置には、囲壁を設け、該囲壁の内部に上記容器を運動可能に取り付け、上記空気源及び上記加熱系の出口を上記囲壁内に配置するのが有利である。
加えるに、上記容器と上記囲壁との間に、上記容器と上記囲壁との間における空気の循環を阻止する隔離手段を設け、空気源から、直接、加熱されていない空気が到来するのを阻止し、可能ならば加熱系からの汚染した空気が、発生された熱空気と混合するのを阻止できるようにするのが有利である。
更に、上記囲壁の上壁に、上記空気源の出口の前部に配設されてノズルが接続される第１の開口と、上記加熱系の上記出口の前部に配設されて排気管が接続される第２の開口を設けて、各種空気流の適切な取出しもしくは排出を可能にするのが有利である。
上記の構成によれば、発生される熱空気流はノズルを介して取り出し、例えば試験リグ上に取り付けられているラムジェットの燃焼室のような適用装置に送ることができ、加熱系から到来する場合により汚染されている空気流は排気管から排出することができ、従って、上記の２つの空気流が互いに混合することはない。
また、上記ノズル及び排気管を流れる空気流の分布を制御するための、上記排気管に、該排気管の横断面積を変更することができる制御可能な内蔵弁を設けるのが有利である。
加えるに、上記容器と上記囲壁との間に通路を設けて、上記空気源の出口からの空気が上記加熱系に循環することを可能にするのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）例に関して詳細に説明する。尚、図面中、同じ参照符号は同じもしくは類似のものを指すものとする。
【００１４】
図１〜図３に示した本発明による熱空気流発生装置１は熱空気流を発生するように企図されている。
この熱空気流発生装置１は、固定して取り付けられた外部囲壁２と、該囲壁２内部で移動可能に取り付けられた円筒形容器３の形態にある可動系とを含む。
【００１５】
上記円筒形容器３は、軸線Ｘ−Ｘを有する軸４に固定的に取り付けられており、囲壁２の上壁５及び下壁６内で回転し、その際、公知の型式の駆動装置（図示せず）により矢印Ｅに示すように回転駆動することが可能である。該容器３は、上記軸線Ｘ−Ｘを中心に回転対称性を有し、その上壁７には軸線Ｘ−Ｘと同心の環状の開口８が設けられ、下壁９には上記開口８に当面する環状の開口１０が設けられる。該環状の開口１０は金属メッシュ（網）１２で覆われている。
尚、本発明と関連して、下壁９全体を金属メッシュの形態で具現することも可能である。
【００１６】
上記環状の開口１０の下方には、下記の要素が配設されている。
即ち、出口１６に熱エネルギを発生する加熱系１３であって、例えば、プロパンのような可燃性の流体を図示しない仕方で供給されるバーナ１４を含む加熱系１３である。この場合、該バーナは囲壁２の下壁６の内面１５に固定され、図２に示すように、環状の開口１０の中心部に円弧状に分布されている。尚、図２においては、これらバーナ１４は簡略に小円で示してある。
また、軸線Ｘ−Ｘに関し上記加熱系１３と反対側に、２つの空気流Ａ及びＢを発生することが可能な空気源（図示せず）の出口１７が設けられ、この出口１７は囲壁２の下壁６に形成されている開口１８を貫通し該囲壁２に固定的に取り付けられる。
【００１７】
上記空気源によって発生される空気流のうちの１つの空気流Ａは、上記囲壁２及び上記容器３の下壁６及び９間に形成される通路１９を経て流れ、可燃性流体の燃焼中に該空気がバーナ１４に供給され、他方、他の空気流Ｂは、容器３の上壁７に形成された環状の開口８の方向に該容器３を流れて後述するように加熱される。
【００１８】
囲壁２の上壁５にはその一部分として下記の要素が設けられている。
即ち、空気源の出口１７の前部に設けられた円形開口２０と、該円形開口２０に接続されたノズル２１と、上記開口２０に接近して上記ノズル２１内部に配設され空気を混合することが可能なミキサ（混合）系２２と、加熱系１３の出口１６の前部に設けられて、図３に示すように、バーナ１４の配列に対応した仕方で円弧状に設けられた長円形状の開口２３と、自由断面積を変更することができる制御可能な内蔵弁２６が設けられた図１に点破線で示す排気管２５であり、該排気管２５は、ノズル要素２４を介し上記開口２３に連結されている。
【００１９】
更に、上記容器３には、例えば、ボールもしくは管のような熱交換要素２７が詰められている。ただし、図１には、これら熱交換要素は容器３の底部にのみ存在するように示すに留どめた。更に、図示を明瞭にする意図から、熱交換要素２７は図１において互いに離間し、或いは間隙を以て示されているが、容器３全体にこのような熱交換要素２７を非常に密な態様で装填し得ることは言うまでもない。尚、追って明らかになるように、装填密度は得られる結果を基にして定められる。上記熱交換要素２７は、好適な実施形態においては、その外部表面積と体積との間に高い比を有するのが有利であり、例えば、二酸化ジルコンのような高い比熱容量を有する材料から製作するのが有利である。
【００２０】
熱空気流を発生するために、本発明による熱空気流発生装置１は下記のように動作する。
この動作に先行して、下記の動作が先ず実施される。
即ち、軸４を一定の低速度で回転駆動し容器３を軸線Ｘ−Ｘを中心に回転する。
上述の２つの空気流Ａ及びＢを発生する空気源１７を投入する。
図示しない仕方で、可燃性燃料並びに空気流Ａによる空気が供給される加熱系１３のバーナ１４を投入する。
上記バーナ１４は、その上方に配設されている熱交換要素を加熱する。バーナ１４から生ずる燃焼ガスは、容器３及び囲壁２から、矢印Ｃで示すように開口８及び２３を介して流出し、排気管２５を介し排出される。
【００２１】
このようにして熱交換要素２７は、加熱系１３の出口１６の上方に熱エネルギを蓄積する。そして、該熱交換要素２７は、容器３の半回転後毎に上記空気流Ｂ内に配置されて、蓄積されたエネルギを該空気流Ｂに放出する。このようにして、該空気流Ｂは加熱される。更に、この加熱された空気流Ｆにおける熱の分布は、空気流Ｆをミキサ系２２に通すことにより均質化され、このようにして、上記ノズル２１の出口には均質に加熱された空気流Ｇが得られる。
【００２２】
本発明によれば、上記熱空気流Ｇは、下記のような特性を有する。
即ち、熱空気流Ｇのその温度を正確に、特に、加熱強度並びに用いられる熱交換要素２７の特性及び量の関数として正確に決定することができる。
バーナ１４内での燃焼により発生される生成物は汚染されておらず、空気流Ｂを汚染することなく排気管２５を介して排気することが可能である。
熱空気は、容器３の回転速度が一定であるので、連続的に且つ均質に供給され、それにより、空気流Ｂ内に配設されて空気流Ｂを加熱するのに用いられる熱交換要素２７を連続的に再生することが可能となる。
【００２３】
更に、空気源によって発生される空気は、矢印Ｄで示すように開口２３を経て直接流れ、この流れの強さは、特に、容器３内に配設されている熱交換要素２７の空気力学的抵抗に依存する。排気管２５及びノズル２１を介しそれぞれ容器３から流出する空気量の分布は、特に、該排気管２５及びノズル２１のそれぞれの断面積の大きさに依存する。従って、この分布は、制御可能な内蔵弁２６により排気管２５の断面積を変更することによって制御することが可能である。
【００２４】
更にまた、容器３と囲壁２との間には、それらの上壁間に配設された可動壁（図示せず）と垂直壁との間に配設されたラビリンスシール２８を用いて絶縁が施されており、それにより、空気が囲壁２と容器３との間で循環するのを阻止することができ、以て、加熱されていない空気が直接空気源から到来したり、また、場合により汚染された空気が、上記熱空気流との混合が原因で加熱系１３から到来するのを阻止することができる。
【００２５】
更にまた、ノズル２１は、その中心部分２９に、強制流の形態で空気を除去することを可能にするように減径部を有している点に留意されたい。
上記ノズル２１の出口に得られる上記熱空気流Ｇは、例えば、材料の安定性を試験したり空気力学的試験或いは壁面冷却系の有効性を試験するのに使用することができる。しかし、上記熱空気流はラムジェットを発生するのに用いるのが有利であり、上述のように、該ラムジェット発生に適した特性を有しており、この目的で、本発明による熱空気流発生装置１は、上記ラムジェットを発生するのに用いられる試験設備と関連して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱空気流発生装置の簡略断面図である。
【図２】図１に示した熱空気流発生装置を、一部切除して示す底面図である。
【図３】図１に示した熱空気流発生装置の平面図である。
【符号の説明】
１…熱空気流発生装置、２…囲壁、３…可動支持部（円筒形容器）、５…囲壁の上壁、７…円筒形容器の上壁、８…第１の環状開口、９…円筒形容器の下壁、１０…第２の環状開口、１２…金属メッシュ、１３…加熱系、１４…バーナ、１６…加熱系の出口、１７…空気源の出口、１９…通路、２０…第１の開口、２１…ノズル、２３…第２の開口、２５…排気管、２６…内蔵弁、２７…熱交換要素、２８…ラビリンスシール（隔離手段）、Ａ，Ｂ…空気流、Ｘ−Ｘ…軸線。
【図１】
0003579510.tif 000002
【図２】
0003579510.tif 000003
【図３】
0003579510.tif 000004