(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線回りに回転し、内部に供給された燃料を、外周に形成された燃料ノズルの噴霧孔から外周側に向けて噴霧する回転体と、
前記回転体の外周側に設けられ、前記噴霧孔から噴霧された燃料を燃焼させる燃焼室と、
を備え、
前記燃料ノズルは、前記回転体の外周面から外方に突出するとともに、前記噴霧孔の出口側流路を形成するパイプを備え、
前記外周面から突出する前記パイプの突出長さは、前記外周面側に形成される酸化剤流れの境界層厚さよりも大きくされていることを特徴とする遠心噴霧燃焼器。
【請求項２】
前記回転体内に設けられるとともに、前記パイプ内に酸化剤を供給する酸化剤供給路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠心噴霧燃焼器。
【請求項３】
中心軸線回りに回転し、内部に供給された燃料を、外周に形成された燃料ノズルの噴霧孔から外周側に向けて噴霧する回転体と、
前記回転体の外周側に設けられ、前記噴霧孔から噴霧された燃料を燃焼させる燃焼室と、
を備え、
前記燃料ノズルは、前記回転体の外周面から外方に突出するとともに、前記噴霧孔の出口側流路を形成するパイプを備え、
前記回転体内に設けられるとともに、前記パイプ内に酸化剤を供給する酸化剤供給路を備え、
前記酸化剤供給路は、前記回転体内に配置され内部に導かれた空気を供給する中子と、該中子の外周部に設けられ半径方向に延在する空気ノズルとを備えていることを特徴とする遠心噴霧燃焼器。
【請求項４】
前記空気ノズルの先端が前記パイプの先端から内周側に位置する引き込み深さは、前記パイプが前記回転体の外周から突出する突出長さよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心噴霧燃焼器。
【請求項５】
前記燃焼室には、前記噴霧孔から噴霧された燃料に対して酸化剤を供給する酸化剤供給部が設けられ、
前記酸化剤供給部は、前記回転体の回転方向に対向する方向に酸化剤を供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の遠心噴霧燃焼器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載された遠心噴霧燃焼器と、
該遠心噴霧燃焼器によって生成された燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
を備えていることを特徴とする飛昇体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心噴霧燃焼器およびこれを備えた飛昇体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
飛昇体のエンジンとして、遠心噴霧燃焼器が用いられている（特許文献１）。この遠心噴霧燃焼器は、燃料としてガソリンから灯油まで幅広く蒸留した燃料（例えば、JP-4）を用いていた。これに対して、近年では、コスト低減の観点からより低価格で低質の燃料である灯油系燃料（例えば、JetA-1やJP-10）を使用する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３１２３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、灯油系燃料は、ガソリン系燃料と比較して、粘性係数および表面張力がともに大きいため、微粒化特性が悪化し燃焼効率の低下につながる。
そこで、燃料をより微粒化できる遠心噴霧燃焼器を開発する必要がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、灯油系燃料のような低質の燃料に対しても燃焼効率を向上させることができる遠心噴霧燃焼器およびこれを備えた飛昇体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の遠心噴霧燃焼器およびこれを備えた飛昇体は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遠心噴霧燃焼器は、中心軸線回りに回転し、内部に供給された燃料を、外周に形成された燃料ノズルの噴霧孔から外周側に向けて噴霧する回転体と、前記回転体の外周側に設けられ、前記噴霧孔から噴霧された燃料を燃焼させる燃焼室とを備え、前記燃料ノズルは、前記回転体の外周面から外方に突出するとともに、前記噴霧孔の出口側流路を形成するパイプを備え、前記外周面から突出する前記パイプの突出長さは、前記外周面側に形成される酸化剤流れの境界層厚さよりも大きくされていることを特徴とする。
【０００７】
回転体に供給された燃料は、燃料ノズルへと導かれて遠心力によって噴霧孔から外周側へ向けて噴霧される。燃料ノズルの外周側に噴霧された燃料は、燃焼室へと導かれて酸化剤（例えば空気）と混合されて燃焼が行われる。燃焼室で形成された燃焼ガスは、例えばタービンに導かれてタービンを回転駆動する。
燃料ノズルは、噴霧孔の出口流路を形成するパイプを備えている。このパイプは、回転体の外周面から外方に突出するように設けられているので、パイプの先端から噴霧される燃料は、燃焼室の内部に入り込んだ位置から吐出されることになる。したがって、燃料ノズルの外周面側に形成される酸化剤流れの境界層よりも酸化剤流れの主流側に燃料を吐出できるので、酸化剤流れの主流に対して燃料を衝突させることで、燃料の微粒化を促進することができる。したがって、燃料ノズルの外周面から突出するパイプの突出長さは、燃料ノズルの外周面側に形成される酸化剤流れの境界層厚さよりも大きくすることが好ましい。
例えば、パイプの突出長さをｈ、燃料ノズルの回転半径をＲとすると、Ｒ＋ｈが１１３ｍｍを超えないこととする。
【０００８】
さらに、本発明の遠心噴霧燃焼器では、前記回転体内に設けられるとともに、前記パイプ内に酸化剤を供給する酸化剤供給路を備えていることを特徴とする。
【０００９】
回転体内に酸化剤供給路を設け、燃料が流れるパイプ内に酸化剤を供給することとした。これにより、パイプ内を流れる燃料に対して酸化剤流れを衝突させることができるので、さらに燃料の微粒化を促進することができる。
【００１０】
さらに、本発明の遠心噴霧燃焼器では、前記酸化剤供給路は、前記回転体内に配置され内部に導かれた空気を供給する中子と、該中子の外周部に設けられ半径方向に延在する空気ノズルとを備えていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の遠心噴霧燃焼器では、前記空気ノズルの先端が前記パイプの先端から内周側に位置する引き込み深さは、前記パイプが前記回転体の外周から突出する突出長さよりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の遠心噴霧燃焼器では、前記燃焼室には、前記噴霧孔から噴霧された燃料に対して酸化剤を供給する酸化剤供給部が設けられ、前記酸化剤供給部は、前記回転体の回転方向に対向する方向に酸化剤を供給することを特徴とする。
【００１３】
回転体の回転方向に対向する方向に酸化剤を供給することにより、噴霧孔から噴霧された燃料に対して大きな運動量をもって酸化剤を衝突させることができる。これにより、燃料流が酸化剤流れによって引きちぎられやすくなり、燃料の微粒化を促進することができる。
【００１４】
また、本発明の飛昇体は、上記のいずれかに記載された遠心噴霧燃焼器と、該遠心噴霧燃焼器によって生成された燃焼ガスによって駆動されるタービンとを備えていることを特徴とする。
【００１５】
上記のいずれかの遠心噴霧燃焼器を備えているので、燃焼効率の良い推進器を備えた飛昇体を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
微粒化性能を向上させることができるので、灯油系燃料のような低質の燃料に対しても燃焼効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る遠心噴霧燃焼器を示した縦断面図である。
【図２】図１の燃料ノズル周りの要部を示した部分拡大縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る遠心噴霧燃焼器を示した縦断面図である。
【図４】図３の燃料ノズル周りの要部を示した部分拡大縦断面図である。
【図５】図２の変形例を示した縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る遠心噴霧燃焼器を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１には、本実施形態に係る遠心噴霧燃焼器１の要部が示されている。遠心噴霧燃焼器１は、飛昇体のエンジン（推進器）の燃焼器として用いられる。
【００１９】
遠心噴霧燃焼器１は、中心軸線（回転軸線）Ａ１回りに回転する回転体３と、回転体３の外周側に位置する燃焼室５とを備えている。
【００２０】
回転体３は、円筒部３ａと、円筒部３ａの一端に接続された円板部３ｂとを備えている。円筒部３ａと円板部３ｂとは一体で形成されており、これらの内部には、連通した空間３ｃが形成されている。空間３ｃには、図示しない燃料供給部から、燃料Ｆが矢印Ｂ１方向から供給される。
【００２１】
円筒部３ａは、中空状のパイプ形状とされており、燃料Ｆを円板部３ｂ側に供給する導入部となっている。
円板部３ｂは、円筒部３ａの下流側端部に接続されており、円筒部３ａよりも大きい外径を有している。円板部３ｂの外周には、燃料Ｆを噴霧する燃料ノズル３ｄを備えている。円板部３ｂの回転半径Ｒは、中心軸線Ａ１から円板部３ｂの外周端までの距離となっている。
【００２２】
燃料ノズル３ｄは、半径方向に向けられた複数のパイプ３ｆを備えている。各パイプ３ｆは、円板部３ｂの外周に半径方向に形成された孔部３ｇ内に差し込まれた状態で固定されている。パイプ３ｆの先端（外周側端部）は、円板部３ｂの外周面から半径方向に突出している。このように、パイプ３ｆが円板部３ｂの外周に差し込まれた状態で、パイプの内周面と孔部３ｇの内周面とによって、燃料を噴霧する噴霧孔３ｅが形成されている。パイプ３ｆの内周面と孔部３ｇの内周面とは同径とされており、実質的に段差がないようになっている。このように形成された、それぞれの噴霧孔３ｅは、中心軸線Ａ１に直交するとともに半径方向に向けて形成されている。
【００２３】
パイプ３ｆが円板部３ｂの外周面から突出する突出長さｈ（図２参照）は、以下のように定められる。円板部３ｂの回転半径Ｒと突出長さｈとの和（Ｒ＋ｈ）が１１３ｍｍを超えないこととする。
また、突出長さｈは、円板部３ｂの外周面側に形成される空気流れの境界層厚さよりも大きくされている。
【００２４】
燃焼室５は、飛昇体の本体側に固定されており、回転体３の燃料ノズル３ｄの外周側を覆うように設けられている。燃焼室５は、燃料ノズル３ｄに対向する位置に接続部５ａを有し、接続部５ａの外周側には着火燃焼部５ｂを有している。着火燃焼部５ｂの中心軸線Ａ１方向における下流側（図１において右側）には、希釈部５ｃが設けられている。希釈部５ｃの下流側には、図示しないタービンが設けられている。
【００２５】
円筒部３ａとは反対側に位置する接続部５ａの壁部（図１において右側壁部）５ａ１には、酸化剤としての空気を供給する１次空気供給部７ａが設けられている。着火燃焼部５ｂには、着火燃焼用の空気を供給する着火燃焼空気供給部７ｂと、着火のための点火プラグ９とが設けられている。着火燃焼部５ｂと希釈部５ｃとの間には、希釈のための希釈空気供給部７ｃが設けられている。
【００２６】
上記構成の遠心噴霧燃焼器１は、以下のように動作する。
図示しない燃料供給部から燃料Ｆが回転体３の円筒部３ａ内の空間３ｃに供給される。燃料Ｆは、円筒部３ａ内を通過しつつ、中心軸線Ａ１回りに回転する遠心力によって、円板部３ｂ内を半径方向外側に流れる。燃料Ｆは、燃料ノズル３ｄの噴霧孔３ｅに到達し、パイプ３ｆ内を通過した後に、燃焼室５内へと導かれる。
パイプ３ｆから燃料Ｆが離脱する際に、燃料Ｆが微粒化されて燃焼室５の接続部５ａ内へと導かれる。接続部５ａへと導かれた燃料Ｆは、１次空気供給部７ａから供給された空気と混合しながら、着火燃焼部５ｂへと導かれる。着火燃焼部５ｂでは、着火燃焼空気供給部７ｂから供給された空気とともに着火燃焼させられる。着火の際には、点火プラグ９が用いられる。
【００２７】
着火燃焼部５ｂにて着火燃焼した燃焼ガスは、希釈空気供給部７ｃから供給された空気によって希釈された後に、希釈部５ｃへ導かれる。
希釈部５ｃへ導かれた燃焼ガスは、燃焼室５の外部に位置するタービン（図示せず）へと導かれる。タービンは、燃焼ガスによって中心軸線Ａ１回りに回転駆動されて、飛昇体の推進力を発生する。タービンの回転動力の一部は、回転体３の回転動力として用いられる。
【００２８】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
パイプ３ｆは、円板部３ｂの外周面から外方に突出するように設けられているので、パイプ３ｆの先端から噴霧される燃料Ｆは、燃焼室５の内部に入り込んだ位置から吐出されることになる。したがって、円板部３ｂの外周面側に形成される空気流れの境界層よりも空気流れの主流側に燃料Ｆを吐出できるので、空気流れの主流に対して燃料Ｆを衝突させることで、燃料Ｆの微粒化を促進することができる。また、円板部３ｂの外周面から突出するパイプ３ｆの突出長さｈは、円板部３ｂの外周面側に形成される空気流れの境界層厚さよりも大きくされているので、空気流れの主流に燃料Ｆを直接噴霧することができ、さらに燃料Ｆの微粒化を促進することができる。
【００２９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３及び図４を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、回転体３の内部に空気を供給する流路を形成している点で相違し、その他については同様である。したがって、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
図４には、本実施形態に係る遠心噴霧燃焼器１が示されている。同図に示されているように、回転体３内の空間３ｃには、空気を供給する中子１１が収納されている。中子１１は、回転体３を縮小した形状とされており、回転体３の空間３ｃ形状に沿った形状とされている。中子１１は、図示しない固定部によって回転体３に固定されており、回転体３とともに中心軸線Ａ１回りに回転する。中子１１内には、矢印Ｂ２に示すように、図示しない空気供給源から内部に空気が供給されるようになっている。
中子１１は、外周部に、半径方向に延在する空気ノズル１１ａを備えている。空気ノズル１１ａは、各噴霧孔３ｅ内に収納されている。空気ノズル１１ａの外周端は、パイプ３ｆよりも内周側に位置している。
【００３１】
中子１１とパイプ３ｆ等との寸法関係は以下の通りである。
図４に示すように、円板部３ｂの回転半径Ｒと、パイプ３ｆの内径ｄ１（噴霧孔３ｅの径に相当）との比は、Ｒ：ｄ１＝１：０．０３７〜０．１４０とされている。
ｄ１の上限である６ｍｍは、噴霧孔３ｅの入口側の空間３ｃの中心軸線方向の距離Ｄによって決まり、Ｄを８．５ｍｍとした場合、ｄ１の上限は６ｍｍとされる。
空気ノズル１１ａの外径ｄ２は、（ｄ１−ｄ２）／２＞ｔの条件を満たすように設定される。ここで、ｔは、噴霧孔３ｅ内における燃料Ｆの厚さである。すなわち、空気ノズル１１ａに燃料Ｆが触れない程度の寸法関係とされている。
空気ノズル１１ａの先端がパイプ３ｆの先端から内周側に位置する引き込み深さｙは、パイプ３ｆの円板部３ｂからの突出長さｈよりも小さく設定されている。
【００３２】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
回転体３内に空気を供給する中子１１を設け、燃料Ｆが流れるパイプ３ｆ内に空気を供給することとした。これにより、パイプ３ｆ内を流れる燃料Ｆに対して空気流れを衝突させることができるので、さらに燃料Ｆの微粒化を促進することができる。
【００３３】
なお、本実施形態は、図５のように変形することができる。すなわち、図５に示すように、中子１１の中心軸線Ａ１状に位置する底部１１ｂを、空気供給側に頂点を有する円錐形状とする。これにより、空気流れＢ２を円滑に外周方向に導くことができる。
【００３４】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、空気供給部の噴出方向が異なり、その他については同様である。したがって、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。なお、本実施形態は、第１実施形態及び第２実施形態と組み合わせることができる。
【００３５】
図６には、本実施形態に係る遠心噴霧燃焼器１が示されている。同図では、図１等と異なり、中心軸線Ａ１を縦方向に配置して示している。
同図に示されているように、１次空気供給部７ａの噴射方向Ｂ３は、回転体３の中心軸線Ａ１回りの回転方向に対して対向する方向に向けられている。すなわち、１次空気供給部７ａから供給される空気は、回転体３のパイプ３ｆから噴霧される燃料Ｆ流れに対して衝突する方向に向けられている。
【００３６】
このように、回転体３の回転方向に対向する方向に空気を供給することにより、パイプ３ｆから噴霧された燃料Ｆに対して大きな運動量をもって空気を衝突させることができる。これにより、燃料Ｆ流れが空気流れによって引きちぎられやすくなり、燃料Ｆの微粒化を促進することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  遠心噴霧燃焼器
３  回転体
３ａ  円筒部
３ｂ  円板部
３ｃ  空間
３ｄ  燃料ノズル
３ｆ  パイプ
３ｇ  孔部
５  燃焼室
７ａ  １次空気供給部
７ｂ  着火燃焼空気供給部
７ｃ  希釈空気供給部
９  点火プラグ
１１  中子
１１ａ  空気ノズル
１１ｂ  底部
Ａ１  中心軸線（回転軸線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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