(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の温度を含む第１のガスが流れる第１の流路と、前記第１の温度よりも低い第２の温度を含む第２のガスが流れる第２の流路とを隔てるライナ本体を備え、
前記ライナ本体は、
前記第１のガス及び前記第２のガスの流れる第１の方向と交差する第２の方向に延在し、前記第１の流路側に突出する頂部と、
前記第２の方向に延在し、前記第２の流路側に突出すると共に、前記第１の方向において前記頂部とは異なる位置に形成された谷部と、
前記第１の方向に沿って、前記頂部と前記頂部より下流側の前記谷部との間に形成された斜面部と、
前記斜面部において前記第１の方向に延びる第１の軸線上に設けられ、前記第１の流路と前記第２の流路とを連通させる第１の冷却孔と、
前記斜面部において前記第１の方向に延びる第２の軸線上に設けられ、前記第１の流路と前記第２の流路とを連通させる第２の冷却孔と、を含み、
前記第２の冷却孔は、前記第１の冷却孔よりも前記谷部側に設けられ、
前記第２の冷却孔は、前記第１の冷却孔よりも大きく、
前記ライナ本体の断面形状を、前記頂部を第１の頂点とし前記谷部を第２の頂点とした代表曲線により示したとき、
前記代表曲線は、前記第１の頂点と前記第２の頂点との間に形成された変曲点を含み、
前記第１の冷却孔は、前記代表曲線において、前記第１の頂点と前記変曲点との間に設けられ、
前記第２の冷却孔は、前記代表曲線において、前記第１の冷却孔と前記変曲点との間に設けられる、燃焼装置用ライナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置に用いられるライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置である航空機用エンジンは、燃焼器を備えている。燃焼器では燃料を燃焼させて高温ガスを生成する。従って、燃焼器の周囲に配置されたエンジン部品を高温ガスから保護するために、熱シールドとしての波形ライナが用いられる。例えば、特許文献１には、航空機用エンジンに用いられる波形ライナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２９２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたライナは筒状をなし、その内側において高温ガスが流れる。そして、ライナは、ライナの周囲から冷却孔を介して例えば圧縮空気といった低温ガスをライナの内部に取り入れ、高温ガスと接するライナの内側表面を冷却する。
【０００５】
近年、燃焼器の性能向上の観点から、燃焼器において発生させる高温ガスの温度が高くなる傾向にある。一方、ライナの冷却に利用できる低温ガスの量は制限されている。従って、低温ガスをライナの冷却に効率よく利用可能な技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態は、第１の温度を含む第１のガスが流れる第１の流路と、第１の温度よりも低い第２の温度を含む第２のガスが流れる第２の流路とを隔てるライナ本体を備え、ライナ本体は、第１のガス及び第２のガスの流れる第１の方向と交差する第２の方向に延在し、第１の流路側に突出する頂部と、第２の方向に延在し、第２の流路側に突出すると共に、第１の方向において頂部とは異なる位置に形成された谷部と、第１の方向に沿って、頂部と頂部より下流側の谷部との間に形成された斜面部と、斜面部において第１の方向に延びる第１の軸線上に設けられ、第１の流路と第２の流路とを連通させる第１の冷却孔と、斜面部において第１の方向に延びる第２の軸線上に設けられ、第１の流路と第２の流路とを連通させる第２の冷却孔と、を含み、第２の冷却孔は、第１の冷却孔よりも谷部側に設けられ、第２の冷却孔は、第１の冷却孔よりも大きい。
【０００７】
第１の冷却孔から噴出した第２のガスは、第１の方向に流れつつ、第１の方向の周りに回転する渦を形成する。この渦によって、第１のガスの一部には、ライナ本体の表面に向かう流れが励起される。ここで、第２の冷却孔は第１の冷却孔よりも谷部側に設けられている。そうすると、ライナ本体の表面に向かって流れる第１のガスに対抗するように、第２のガスが第２の冷却孔から噴出される。そして、第２の冷却孔は第１の冷却孔よりも大きい。第２の冷却孔が大きくなると、噴出する第２のガスの勢いが弱まる傾向にある。このため、第２の冷却孔から噴出した第２のガスは、ライナ本体の表面に向かって流れる第１のガスの流れに対抗し難くなる。この状態によれば、第２の冷却孔から噴出した第２のガスは、ライナ本体の表面に向かって流れる第１のガスによってライナ本体の表面近傍に留められることになる。従って、第１のガスよりも低温である第２のガスがライナ本体の表面近傍に留められるので、第２のガスをライナ本体の冷却に効率よく利用することができる。
【０００８】
ライナ本体の断面形状を、頂部を第１の頂点とし谷部を第２の頂点とした代表曲線により示したとき、代表曲線は、第１の頂点と第２の頂点との間に形成された変曲点を含んでもよい。このような形状であるライナ本体によっても、第２のガスを冷却に効率よく利用することができる。
【０００９】
第１の冷却孔は、代表曲線において、第１の頂点と変曲点との間に設けられ、第２の冷却孔は、代表曲線において、第１の冷却孔と変曲点との間に設けられてもよい。第２の冷却孔からの第２のガスの噴出方向は、第２の冷却孔が設けられた代表曲線の位置における法線方向として示される。ここで、代表曲線上の変曲点における法線方向は、第１のガスが流れる方向に対する角度が最も小さくなる。従って、第２のガスがライナ本体の表面に沿って流れやすくなるので、第２のガスをライナ本体の冷却にさらに効率よく利用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低温ガスをライナの冷却に効率よく利用可能な燃焼装置用ライナが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係る燃焼装置用ライナが設けられるジェットエンジンの概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、ライナ本体の一部を拡大して示す斜視図である。
【図３】図３は、ライナ本体の一部を断面視した図である。
【図４】図４は、ライナ本体の断面形状を代表する代表曲線を示す図である。
【図５】図５は、ライナ本体の表面における温度分布を示す実施例１の結果を示す。
【図６】図６は、ライナ本体の表面における温度分布を示す比較例１の結果を示す。
【図７】図７は、第１の方向に沿ったフィルム冷却効率を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例２に係るライナ本体上の三次元状の温度分布を示すコンター図の位置を示す平面図である。
【図９】図９の（ａ）部〜（ｆ）部は、図８に示されたライナ本体上の三次元状の温度分布を示すコンター図である。
【図１０】図１０の（ａ）部〜（ｆ）部は、図８に示されたライナ本体上の三次元状の温度分布を示すコンター図である。
【図１１】図１１の（ａ）部〜（ｅ）部は、図８に示されたライナ本体上の三次元状の温度分布を示すコンター図である。
【図１２】図１２は、比較例２に係るライナ本体上の三次元状の温度分布を示すコンター図の位置を示す平面図である。
【図１３】図１３の（ａ）部〜（ｆ）部は、図１２に示されたライナ本体上の三次元状の温度分布を示すコンター図である。
【図１４】図１４の（ａ）部〜（ｅ）部は、図１２に示されたライナ本体上の三次元状の温度分布を示すコンター図である。
【図１５】図１５は、ライナ本体上における第１の流線及び第２の流線を示す実施例３の結果を示す。
【図１６】図１６は、ライナ本体上における第１の流線及び第２の流線を示す比較例３の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る燃焼装置用ライナ（以下、単に「ライナ」とも言う）が設けられるジェットエンジン１０の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態のジェットエンジン１０は、ファン１１と、圧縮機１２と、燃焼器１３と、タービン１４と、ハウジング１５を備える燃焼装置である。
【００１４】
ファン１１は、ジェットエンジン１０の内部に外気を取り込むためのものであり、回転駆動される軸部１６の回転軸Ａ周りに配列された複数の動翼を有する。圧縮機１２は、ファン１１によって取り込まれた空気を圧縮して、圧縮空気Ａ２（第２のガス）を形成する。圧縮機１２は、回転駆動される動翼と固定された静翼とが空気の流れ方向に交互に複数段配列された構成を有する。燃焼器１３は、圧縮機１２によって圧縮された空気を燃料と共に燃焼させるものである。燃焼器１３の構成については、後述する。タービン１４は、燃焼器１３にて空気及び燃料が燃焼されることによって生じた燃焼ガスＡ１（第１のガス）が有する速度エネルギの一部を回転エネルギに変換するものである。タービン１４は、当該回転エネルギによってファン１１及び圧縮機１２を駆動するものである。タービン１４は、軸部１６に連結することで回転駆動されるディスク１７と、ディスク１７の外周縁に回転軸Ａ周りに配列された複数のタービンブレード１８と、を有している。
【００１５】
このような構成を有するジェットエンジン１０において、空気は、ファン１１によってジェットエンジン１０の内部に取り込まれる。そして、圧縮機１２に供給された空気は、圧縮機１２にて圧縮された後、燃焼器１３にて燃料と共に燃焼される。そして、燃焼によって発生した燃焼ガスＡ１の速度エネルギの一部は、タービン１４にて回転エネルギに変換されてファン１１及び圧縮機１２の駆動に用いられる。一方、燃焼ガスＡ１の残りの速度エネルギは、燃焼ガスＡ１がジェットエンジン１０の後部から排気される際にジェットエンジン１０に推進力を付与するために用いられる。この結果、ジェットエンジン１０が推進する。このような空気及び燃焼ガスＡ１の流れをガスの主流ＭＳとする。なお、本明細書においては、ジェットエンジン１０に取り込まれる空気の流れを基準として「上流側」「下流側」の語を用いる。
【００１６】
燃焼器１３は、ケース２１と、燃焼ユニット２２と、を備える。ケース２１は、燃料と空気の混合気を燃焼させる空間を形成する容器であり、燃焼ガスＡ１が流れる第１の流路を形成する。ケース２１は、ハウジング１５内において、軸部１６を囲むように環状に形成される。ケース２１とハウジング１５との間には隙間３１が設けられる。また、ケース２１と軸部１６との間にも隙間３２が設けられる。これら隙間３１，３２は、圧縮空気Ａ２が流れる第２の流路に対応する。
【００１７】
ケース２１の上流端側には、燃焼ユニット２２が設けられる。燃焼ユニット２２は、例えば、燃料供給機構及び着火装置を含む。ケース２１において、燃焼ユニット２２よりも下流側には、ライナ本体１が設けられる。ライナ本体１は、燃焼ガスＡ１が流れる第１の流路と、圧縮空気Ａ２が流れる第２の流路と、を隔てる。従って、ライナ本体１は、ケース２１の一部を構成する。ケース２１の下流端側には、開口２３が設けられ、燃焼ガスＡ１がケース２１の外部に放出される。
【００１８】
このような構成を有する燃焼器１３では、圧縮機１２から供給された空気と燃料供給機構から供給された燃料とが混合されて、混合気が形成される。そして、着火装置が混合気に着火することにより、燃焼ガスＡ１が形成される。燃焼ガスＡ１は、ケース２１内を流動して開口２３からタービンブレード１８へ提供される。ここで、燃焼ガスＡ１がケース２１内を流動するとき、ケース２１の内側表面は高温の燃焼ガスＡ１に曝される。ここで、ケース２１とハウジング１５との隙間３１、及び、ケース２１と軸部１６との隙間３２には、圧縮機１２から提供される圧縮空気Ａ２の一部が流動している。この隙間３１，３２に流動する圧縮空気Ａ２は、燃焼ガスＡ１よりも温度が低い。一例として、燃焼ガスＡ１の温度（第１の温度）は２０００℃程度であり、圧縮空気Ａ２の温度（第２の温度）は５００℃程度である。そこで、ケース２１のライナ本体１に複数の冷却孔を設けることにより、圧縮空気Ａ２をケース２１内に取り入れる。この圧縮空気Ａ２は、高温の燃焼ガスＡ１とライナ本体１との間に後述する温度境界層を形成する。この温度境界層により、ライナ本体１の内側表面が燃焼ガスＡ１に対して直接に曝されることが抑制される。従って、ライナ本体１を有するケース２１が熱的に保護される。
【００１９】
次に、ライナ本体１について詳細に説明する。図２は、ライナ本体１の一部を拡大して示す斜視図である。図２に示されるように、ライナ本体１は、断面波状の薄板である。ライナ本体１は、例えば、ニッケル基耐熱合金といった板材により構成される。ライナ本体１は、頂部２と、谷部３と、第１の斜面部４と、第２の斜面部６と、第１の冷却孔７と、第２の冷却孔８とを有する。
【００２０】
頂部２は、ケース２１の内側に向けて突出した部分である。すなわち、頂部２は、燃焼ガスＡ１が流れる第１の流路側に突出する。頂部２は、燃焼ガスＡ１及び圧縮空気Ａ２の流れる第１の方向Ｄ１と交差する第２の方向Ｄ２に延在する。また、頂部２は、第１の方向Ｄ１に沿って、所定のピッチをもって繰り返し設けられる。
【００２１】
谷部３は、ケース２１の外側に向けて突出した部分である。すなわち、谷部３は、圧縮空気Ａ２が流れる第２の流路側に突出する。谷部３は、頂部２と同様に、第２の方向Ｄ２に延在する。また、谷部３は、第１の方向Ｄ１に沿って、所定のピッチをもって繰り返し設けられる。
【００２２】
第１の斜面部４は、第１の方向Ｄ１において頂部２と谷部３との間に形成される。従って、第１の斜面部４は、第１の方向Ｄ１において負の傾き（下り勾配）を有する。一方、第２の斜面部６は、第１の方向Ｄ１において谷部３と頂部２との間に形成される。従って、第２の斜面部６は、第１の方向Ｄ１において正の傾き（上り勾配）を有する。
【００２３】
すなわち、ライナ本体１は、第１の方向Ｄ１に沿って（上流から下流に向かって）、頂部２、第１の斜面部４、谷部３、第２の斜面部６がこの順に形成されている。そして、これら頂部２、第１の斜面部４、谷部３、第２の斜面部６を含む構成は、第１の方向Ｄ１に沿って、繰り返し複数設けられる。従って、ライナ本体１を断面視したとき、ライナ本体１は、いわゆる波状と呼ばれる形状を有する。
【００２４】
ライナ本体１の波状形状についてさらに説明する。図３は、ライナ本体１の一部を断面視した図である。図３に示されるように、頂部２から次の頂部２までの距離を、波長Ｌと規定する。また、頂部２から隣接する谷部３までの距離を谷底位置ｍと規定する。頂部２と谷部３との距離の中心を通る中心線ＣＬを規定し、頂部２から中心線ＣＬまでの距離を振幅ｒと規定する。ライナ本体１は、比較的大きな振幅を有する。具体的に、「比較的大きな振幅」とは振幅ｒと波長Ｌの比率が０．０８以上０．２５以下（０．０８≦（振幅ｒ／波長Ｌ）≦０．２５）と規定することができる。一例として、ライナ本体１の振幅ｒと波長Ｌの比率（振幅ｒ／波長Ｌ）は、０．１２としてもよい。
【００２５】
第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８は、第１の斜面部４において平面視して千鳥状に設けられる。第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８の軸線ＡＸは、第１の斜面部４の表面に対して略直交する。すなわち、第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８は、ライナ本体１を構成する板材の厚みに対して垂直になるように設けられる。この構成によれば、第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８から噴出する圧縮空気Ａ２は、第１の斜面部４の法線方向に噴出する。第１の斜面部４は、第１の方向Ｄ１において負の傾きを有する。そうすると、第１の斜面部４の法線方向は、第１の方向Ｄ１と同じ向きの第１の成分と、第１の成分に直交する向きの第２の成分とを有する。
【００２６】
図２に示されるように、第１の冷却孔７は、第１の内径Ｆ１をする。第１の冷却孔７は、第１の方向Ｄ１に延びる第１の軸線Ｌ１において、１波長又は２波長と同じ距離をもって複数形成される。図２には、２波長毎に第１の冷却孔７が設けられた構成が示されている。また、第１の冷却孔７は、第２の方向Ｄ２に延びる第３の軸線Ｌ３上において、所定のピッチをもって複数形成される。
【００２７】
第２の冷却孔８は、第２の内径Ｆ２をする。第２の内径Ｆ２は、第１の内径Ｆ１よりも大きい。例えば、第１の内径Ｆ１と第２の内径Ｆ２との比率（Ｆ１／Ｆ２）は、０．４９である。第２の冷却孔８は、第１の方向Ｄ１に延びる第２の軸線Ｌ２において、１波長又は２波長と同じ距離をもって複数形成される。図２には、２波長毎に第２の冷却孔８が設けられた構成が示されている。第２の軸線Ｌ２は、第１の軸線Ｌ１に対して平行であり、第２の方向Ｄ２に離間するように設定される。従って、第１の方向Ｄ１において、第１の冷却孔７と第２の冷却孔８とが同一の軸線上に形成されることはない。すなわち、第２の冷却孔８は、第１の冷却孔７よりも下流側であって、一対の第１の冷却孔７の間に形成される。
【００２８】
また、第２の冷却孔８は、第２の方向Ｄ２に延びる第４の軸線Ｌ４上において、所定のピッチをもって複数形成される。第４の軸線Ｌ４は、第３の軸線Ｌ３に対して平行である。第４の軸線Ｌ４は、第３の軸線Ｌ３に対して下流側に設定される。従って、第２の冷却孔８は、第１の冷却孔７よりも下流側に設けられる。換言すると、第２の冷却孔８は、第１の冷却孔７よりも谷部３側に設けられるともいえる。このような第２の冷却孔８の配置によれば、第２の冷却孔８から噴出した圧縮空気Ａ２の流れが谷間の流れに干渉するように谷部３に寄せられる。
【００２９】
このような第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８の配置によって、上述したように、第１の冷却孔７と第２の冷却孔８とは平面視して千鳥状に形成される。
【００３０】
第１の方向Ｄ１における第１の冷却孔７の位置と第２の冷却孔８の位置とは、谷底位置ｍを基準として規定することができる。例えば、頂部２から谷底位置ｍまでの距離（Ｓ１）に対して、頂部２から第１の冷却孔７までの距離（Ｓ２）を、０．３８（Ｓ２／Ｓ１）としてもよい。また、頂部２から谷底位置ｍまでの距離（Ｓ１）に対して、頂部２から第２の冷却孔８までの距離（Ｓ３）を、０．６３（Ｓ３／Ｓ１）としてもよい。
【００３１】
ところで、ライナ本体１の断面は、波形形状であることは既に述べた。図４は、ライナ本体１の断面形状を代表する代表曲線を示す図である。図４の代表曲線９は、ライナ本体１の断面形状を代表して示すものである。この代表曲線９は、ライナ本体１の厚み方向における中心線の形状としてもよいし、ライナ本体１の内側表面或いは外側表面の形状としてもよい。このような変曲点９ｃを有する代表曲線９としては、正弦波曲線や、円弧を組み合わせた曲線、ｎ次曲線などが挙げられる。図４に示されるように、代表曲線９は、頂部２に対応する第１の頂点９ａと、谷部３に対応する第２の頂点９ｂとを有する。そして、代表曲線９は、第１の頂点９ａと第２の頂点９ｂとの間に設けられた１個の変曲点９ｃを有していてもよい。
【００３２】
変曲点９ｃとは、平面上の曲線において曲がる方向が変わる点をいい、数学的には曲線上で曲率の符号がプラスからマイナス、或いは、マイナスからプラスに変化する点をいう。
【００３３】
第１の冷却孔７の位置と第２の冷却孔８の位置とは、谷底位置ｍの他に、変曲点９ｃを基準として規定することもできる。第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８は、代表曲線９に示される第１の頂点９ａと変曲点９ｃとの間に設けられる。さらに、第１の頂点９ａと変曲点９ｃとの間において、第２の冷却孔８は、第１の冷却孔７と変曲点９ｃとの間に設けられる。すなわち、第２の冷却孔８は、第１の冷却孔７よりも変曲点９ｃ側に設けられる。
【００３４】
次に、ライナ本体１の作用効果について説明する。
【００３５】
第１の冷却孔７から噴出した圧縮空気Ａ２は、第１の方向Ｄ１に流れつつ、第１の方向Ｄ１の周りに回転する渦を形成する。この渦によって、燃焼ガスＡ１の一部には、ライナ本体１の表面に向かう流れが励起される。ここで、第２の冷却孔８は第１の冷却孔７よりも谷部３側に設けられている。これにより、ライナ本体１の表面に向かって流れる燃焼ガスＡ１に対抗するように、圧縮空気Ａ２が第２の冷却孔８から噴出される。そして、第２の冷却孔８は第１の冷却孔７よりも内径が大きい。内径が大きくなると、噴出する圧縮空気Ａ２の勢いが弱まる傾向にある。このため、第２の冷却孔８から噴出した圧縮空気Ａ２は、ライナ本体１の表面に向かって流れる燃焼ガスＡ１の流れに対抗し難くなる。この状態によれば、第２の冷却孔８から噴出した圧縮空気Ａ２は、ライナ本体１の表面に向かって流れる燃焼ガスＡ１によってライナ本体１の表面近傍に留められることになる。そして、燃焼ガスＡ１は、圧縮空気Ａ２によってライナ本体１の表面に到達することが阻害される。従って、燃焼ガスＡ１よりも低温である圧縮空気Ａ２がライナ本体１の表面近傍に留められるので、圧縮空気Ａ２をライナ本体１の冷却に効率よく利用することができる。
【００３６】
ライナ本体の断面形状を代表曲線９により示したとき、代表曲線９は、第１の頂点９ａと第２の頂点９ｂとの間に形成された変曲点９ｃを有する。さらに、第１の冷却孔７は、代表曲線９において、第１の頂点９ａと変曲点９ｃとの間に設けられる。第２の冷却孔８は、代表曲線９上において、第１の冷却孔７と変曲点９ｃとの間に設けられる。第２の冷却孔８からの圧縮空気Ａ２の噴出方向は、第２の冷却孔８が設けられた代表曲線９の位置における法線方向として示される。ここで、代表曲線９上の変曲点９ｃにおける法線方向は、燃焼ガスＡ１が流れる方向に対する角度が最も小さくなる。従って、圧縮空気Ａ２がライナ本体１の表面に沿って流れやすくなるので、圧縮空気Ａ２をライナ本体１の冷却にさらに効率よく利用することができる。
【００３７】
以下、比較例に係るライナ本体１の冷却の効果を数値計算によって確認した結果と比較しつつ、本実施形態に係るライナ本体１による冷却の効果について説明する。
【００３８】
＜実施例１、比較例１＞
実施例１及び比較例１では、ライナ本体１上における二次元状の温度分布を確認した。この確認は、数値計算による熱流体解析によって得た。実施例１及び比較例１に係るライナ本体１は、以下の構成を有するものとした。
［実施例１］
振幅ｒと波長Ｌとの比率（ｒ／Ｌ）：０．１２
第１の冷却孔７の位置（Ｓ２／Ｓ１）：０．３８
第２の冷却孔８の位置（Ｓ３／Ｓ１）：０．６３
第１の冷却孔７の内径と第２の冷却孔８の内径との比率（Ｆ１／Ｆ２）：０．４９
［比較例１］
振幅ｒと波長Ｌとの比率：０．０７
第１の冷却孔７の位置：０．１４
第２の冷却孔８の位置：０．４８
第１の冷却孔７の内径と第２の冷却孔８の内径との比率：１．０
【００３９】
図５及び図６は、ライナ本体１をＡ１側から平面視したときの温度分布を示す図である。図５は、実施例１の結果を示す。図６は、比較例１の結果を示す。図５及び図６には、第１の方向Ｄ１に沿って４波長分の長さを有するライナ本体１，１００が図示される。図５及び図６において、最も濃いハッチングを施した領域Ｋ１は、相対的に温度が高い高温領域を示す。一方、最も薄いハッチングを施した領域Ｋ２は、相対的に温度が低い低温領域を示す。すなわち、図５及び図６において、ハッチングの濃度は、相対的な温度の高低を示す。
【００４０】
まず、実施例１の結果を示す図５を参照すると、第１の方向Ｄ１に沿って、ライナ本体１表面上の温度が低下していることがわかった。つまり、上流から下流に進むに従って、ライナ本体１表面上の温度が低下していることがわかった。一方、比較例１の結果を示す図６を参照すると、実施例１と同様に第１の方向Ｄ１に沿ってライナ本体１００表面上の温度が低下している。しかし、温度分布の様子を確認すると、実施例１では、第４番目の谷部３において領域Ｋ２まで温度が低下していたが、比較例１では、第４番目の谷部１０３において領域Ｋ２まで温度は低下していなかった。
【００４１】
さらに、図７は、第１の方向Ｄ１に沿ったフィルム冷却効率を示すグラフである。グラフＧ７ａは、実施例１の結果を示す。グラフＧ７ｂは、比較例１の結果を示す。横軸は波長で無次元化された第１の方向Ｄ１における距離である。つまり、第１番目の頂部２から第２番目の頂部２までを１としている。従って、第１番目の頂部２から第１番目の谷部３までは０．５となる。縦軸はフィルム冷却効率（η）である。ここで、フィルム冷却効率（η）とは、下記式（１）により示される評価値である。
【数１】
0006736998.tif 000002
η：フィルム冷却効率
Ｔ：燃焼ガスの温度
Ｔ１：ライナ本体の壁面温度
Ｔ２：圧縮空気の温度
【００４２】
グラフＧ７ａ（実施例１）を参照すると、第１番目の谷部３（横軸の０．５に対応）より下流側において、フィルム冷却効率が０．６以上であり、第４番目の谷部３（横軸の４に対応）の近傍では０．９にまで達することがわかった。一方、グラフＧ７ｂ（比較例１）を参照すると、第１番目の谷部１０３（横軸の０．５に対応）より下流側において、フィルム冷却効率は最大でも０．７以上であった。従って、実施例１のライナ本体１が有するフィルム冷却効率は、比較例１のライナ本体が有するフィルム冷却効率に対して、０．２〜０．４程度向上していた。従って、実施例１のライナ本体１によれば、比較例１のライナ本体１よりも圧縮空気Ａ２を効率よく利用できていることが確認できた。
【００４３】
＜実施例２，比較例２＞
次に、ライナ本体１上における三次元状の温度分布を確認した。この確認は、数値計算による熱流体解析によって得た。実施例２のライナ本体は、実施例１のライナ本体と同様の構成とした。また、比較例２のライナ本体も、比較例１のライナ本体と同様の構成とした。
【００４４】
図８、図９、図１０及び図１１は、実施例２の結果を示す。また、図１２、図１３及び図１４は、比較例２の結果を示す。三次元状の温度分布を示すために、例えば、図８に示されるように、第１の方向Ｄ１に直交する複数の断面８Ａ〜８Ｑを設定し、それぞれの断面における二次元状の温度分布を確認した。それぞれの断面８Ａ〜８Ｑに対応する二次元温度分布は、図９、図１０及び図１１に図示される。図９、図１０及び図１１は、図５等と同様に、ハッチングの濃淡によって、相対的な温度分布を示している。
【００４５】
実施例２の結果である図８の断面８Ａ〜８Ｑと、図９、図１０及び図１１に示された二次元温度分布のコンター図との関係は以下のとおりである。
断面８Ａ：図９の（ａ）部
断面８Ｂ：図９の（ｂ）部
断面８Ｃ：図９の（ｃ）部
断面８Ｄ：図９の（ｄ）部
断面８Ｅ：図９の（ｅ）部
断面８Ｄ：図９の（ｆ）部
断面８Ｇ：図１０の（ａ）部
断面８Ｈ：図１０の（ｂ）部
断面８Ｉ：図１０の（ｃ）部
断面８Ｊ：図１０の（ｄ）部
断面８Ｋ：図１０の（ｅ）部
断面８Ｌ：図１０の（ｆ）部
断面８Ｍ：図１１の（ａ）部
断面８Ｎ：図１１の（ｂ）部
断面８Ｏ：図１１の（ｃ）部
断面８Ｐ：図１１の（ｄ）部
断面８Ｑ：図１１の（ｅ）部
【００４６】
まず、図９の（ａ）部（断面８Ａ）に示されるように、第１の冷却孔７から圧縮空気Ａ２が噴出する。図中の矢印は、圧縮空気Ａ２が噴出される方向を示す。次に、図９の（ｂ）部（断面８Ｂ）に示されるように、噴出された圧縮空気Ａ２は、ライナ本体１から離間しつつ、渦Ｖ１を形成する。この渦Ｖ１は、矢印に示されるように、ライナ本体１に向かう方向の流れを有する。渦Ｖ１の数は、第１の冷却孔７の数に対応している。次に、図９の（ｃ）部（断面８Ｃ）に示されるように、渦Ｖ１は、さらにライナ本体１から離間する。このとき、渦Ｖ１の流れによって、燃焼ガスＡ１の一部にライナ本体１に向かう流れが励起される。具体的には、一対の渦Ｖ１の間に、ライナ本体１に向かう流れが発生する。
【００４７】
次に、図９の（ｄ）部（断面８Ｄ）に示されるように、渦Ｖ１は引き続きライナ本体１から離間するように移動する。また、第２の冷却孔８から圧縮空気Ａ２が噴出する。次に、図９の（ｅ）部（断面８Ｅ）に示されるように、第２の冷却孔８から噴出した圧縮空気Ａ２がライナ本体１から離間するように、渦Ｖ２を形成しつつ浮上する。ここで、第１の冷却孔７と第２の冷却孔８とは、第２の方向Ｄ２に沿ってずれた位置に配置されている。従って、ライナ本体１に向かう燃焼ガスＡ１の流れに対抗するように、第２の冷却孔８から圧縮空気Ａ２が噴出される。
【００４８】
次に、図９の（ｆ）部（断面８Ｆ）に示されるように、ライナ本体１に向かう燃焼ガスＡ１の流れと、第２の冷却孔８から噴出された圧縮空気Ａ２の渦Ｖ２とが衝突する。ここで、第２の冷却孔８の内径は、第１の冷却孔７の内径よりも大きい。内径が大きい場合には、第２の冷却孔８から噴出する圧縮空気Ａ２の勢いが低下する。具体的には、第２の冷却孔８から噴出する圧縮空気Ａ２の流速が低下する。このため、第２の冷却孔８から噴出する圧縮空気Ａ２の渦Ｖ２は、ライナ本体１に向かう燃焼ガスＡ１の流れに抗して浮上することができない。
【００４９】
次に、図１０の（ａ）部（断面８Ｇ）に示されるように、燃焼ガスＡ１に留められた圧縮空気Ａ２は、ライナ本体１の表面近傍に停留する。従って、燃焼ガスＡ１が流れる領域と、ライナ本体１との間に、比較的低温である温度境界層ＢＬが形成される。次に、図１０の（ｂ）部（断面８Ｈ）に示されるように、温度境界層ＢＬにおいて、第２の冷却孔８から提供された圧縮空気Ａ２が循環し、さらに温度分布が均一化していく。そして、図１０の（ｃ）部（断面８Ｉ）に示されるように、燃焼ガスＡ１が流れる領域Ｂ１と、ライナ本体１との間の温度境界層ＢＬにおける温度分布がさらに均一化される。
【００５０】
そして、再び第１の冷却孔７から圧縮空気Ａ２が噴出され（図１０の（ｄ）部（断面８Ｊ））、圧縮空気Ａ２が渦Ｖ１を形成する（図１０の（ｅ）部（断面８Ｋ））。次に、図１０の（ｆ）部（断面８Ｌ）に示されるように、渦Ｖ１は、ライナ本体１から離間しようとするが、上流側の第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８から噴出された圧縮空気Ａ２によって形成された流れによって、ライナ本体１から離間する移動が阻害される。次に、図１１の（ａ）部（断面８Ｍ）に示されるように、第２の冷却孔８から再び圧縮空気Ａ２が噴出される。次に、図１１の（ｂ）部（断面８Ｎ）に示されるように、第２の冷却孔８から噴出した圧縮空気Ａ２もライナ本体１から離間する移動が阻害されるので、ライナ本体１近傍に留まる。次に、図１１の（ｃ）部（断面８Ｏ）に示されるように、温度境界層ＢＬに比較的低温の圧縮空気Ａ２が留まると、温度境界層ＢＬにおいて気体同士の循環が発生する。次に、図１１の（ｄ）部（断面８Ｐ）に示されるように、温度境界層ＢＬにおいて気体同士の循環が発生すると、結果的に、温度境界層ＢＬにおける平均的な温度がさらに低下する（図１１の（ｅ）部（断面８Ｑ））。
【００５１】
このように上流から下流に向かうに伴って、比較的低温である圧縮空気Ａ２が温度境界層ＢＬに供給されて、温度境界層ＢＬ、ひいてはライナ本体１の表面温度が次第に低下する。従って、圧縮空気Ａ２をライナ本体１の冷却に効率よく利用できることがわかった。
【００５２】
次に、比較例２に係る結果について説明する。図１２の断面１２Ａ〜１２Ｋと、図１３、及び図１４に示された二次元温度分布のコンター図との関係は以下のとおりである。
断面１２Ａ：図１３の（ａ）部
断面１２Ｂ：図１３の（ｂ）部
断面１２Ｃ：図１３の（ｃ）部
断面１２Ｄ：図１３の（ｄ）部
断面１２Ｅ：図１３の（ｅ）部
断面１２Ｆ：図１３の（ｆ）部
断面１２Ｇ：図１４の（ａ）部
断面１２Ｈ：図１４の（ｂ）部
断面１２Ｉ：図１４の（ｃ）部
断面１２Ｊ：図１４の（ｄ）部
断面１２Ｋ：図１４の（ｅ）部
【００５３】
図１３の（ａ）部（断面１２Ａ）に示されるように、第１の冷却孔１０７から圧縮空気Ａ２が噴出する。次に、図１３の（ｂ）部（断面１２Ｂ）に示されるように、噴出された圧縮空気Ａ２は、渦Ｖ１を形成し、ライナ本体１００から離間するように移動する。次に、図１３の（ｃ）部（断面１２Ｃ）に示されるように、渦Ｖ１は、隣接する渦Ｖ１との間にライナ本体１００に向かう流れを発生させる。次に、図１３の（ｄ）部（断面１２Ｄ）に示されるように、第２の冷却孔１０８から圧縮空気Ａ２が噴出する。次に、図１３の（ｅ）部（断面１２Ｅ）に示されるように、噴出された圧縮空気Ａ２は、渦Ｖ２を形成し、ライナ本体１００から離間するように移動する。
【００５４】
次に、図１３の（ｆ）部（断面１２Ｆ）に示されるように、第１の冷却孔１０７から噴出された圧縮空気Ａ２に基づく渦Ｖ１が発生させる下向きの流れと、第２の冷却孔１０８から噴出された圧縮空気Ａ２に基づく渦Ｖ２とが互いに干渉し合う。このとき、比較的高い温度を有する燃焼ガスＡ１は、渦Ｖ１と渦Ｖ２の間からライナ本体１００にまで到達する。
【００５５】
次に、図１４の（ａ）部（断面１２Ｇ）に示されるように、比較例２では、第２の冷却孔１０８の内径と第１の冷却孔１０７の内径とが互いに等しい。従って、第２の冷却孔１０８から噴出された圧縮空気Ａ２に基づく渦Ｖ２の勢いが強く、渦Ｖ１が発生させる下向きの流れに対抗することが可能である。
【００５６】
次に、図１４の（ｂ）部（断面１２Ｈ）に示されるように、ライナ本体１００と燃焼ガスＡ１が流れる高温領域との間に温度境界層ＢＭが形成される。次に、図１４の（ｃ）部（断面１２Ｉ）に示されるように、比較例２の場合には、先の図１３の（ｆ）部において述べたように、燃焼ガスＡ１の一部がライナ本体１００に到達している。従って、温度境界層ＢＭは、比較的温度が高い燃焼ガスＡ１を含んでしまう。
【００５７】
そして、図１４の（ｅ）部（断面１２Ｋ）に示されるように、再び第１の冷却孔１０７から圧縮空気Ａ２が噴出される。この圧縮空気Ａ２は、温度境界層ＢＭに留まり、温度境界層ＢＭの平均温度を下げるように作用する。しかし、温度境界層ＢＭは、比較的高温である燃焼ガスＡ１を部分的に含む。このため、圧縮空気Ａ２によって平均温度が低下したとしても、実施例２の場合と比較すると、ライナ本体１００近傍の温度は高くなる傾向にある。
【００５８】
従って、実施例２及び比較例２の結果によれば、実施例２のライナ本体１が第２の冷却孔８の内径を第１の冷却孔７よりも大きくすることにより、第２の冷却孔８から不出する圧縮空気Ａ２が形成する渦Ｖ２の強さを抑制する。そして、弱い渦Ｖ２がライナ本体１の表面から離間するように移動するとき、第１の冷却孔７から噴出された圧縮空気Ａ２により形成された流れによって、弱い渦Ｖ２はライナ本体１の表面近傍に押し付けられる。これにより、圧縮空気Ａ２をライナ本体１の冷却に効率よく利用できることがわかった。
【００５９】
＜実施例３，比較例３＞
次に、第２の冷却孔８の位置が奏する効果を確認した。この確認は、数値計算による流体解析によって得た。実施例３のライナ本体１は、実施例１のライナ本体１と同様の構成とした。また、比較例３のライナ本体１００も、比較例１のライナ本体１００と同様の構成とした。
【００６０】
図１５及び図１６は、ライナ本体１を断面視した様子を示す。図１５は、実施例３の結果を示す。図１６は、比較例３の結果を示す。そして、図１５及び図１６には、第１の流線Ｒ１と第２の流線Ｒ２と示す。第１の流線Ｒ１は、第１の冷却孔７から噴出した圧縮空気Ａ２の流れを示す。第２の流線Ｒ２は、第２の冷却孔８から噴出した圧縮空気Ａ２の流れを示す。
【００６１】
まず、実施例３の結果を示す図１５を参照すると、第１の冷却孔７から提供された第１の流線Ｒ１は、第２の冷却孔８から提供された第２の流線Ｒ２の上方に位置することがわかった。したがって、第１の冷却孔７から提供された圧縮空気Ａ２は、第２の冷却孔８から提供された圧縮空気Ａ２をライナ本体１の表面近傍に留める効果があることが予想された。また、第２の流線Ｒ２は、谷部３に留まる流れＲ２ａと、下流側の頂部２を越える流れＲ２ｂとを有することがわかった。
【００６２】
次に、比較例３の結果を示す図１６を参照すると、第２の流線Ｒ２は、すべて下流側の頂部１０２を越える流れであり、実施例３のように、第２の流線Ｒ２は谷部３に留まる流れＲ２ａを有しないことがわかった。
【００６３】
従って、実施例３に係るライナ本体１の第１の冷却孔７及び第２の冷却孔８の配置によれば、第２の冷却孔８から提供される圧縮空気Ａ２の一部を谷部３近傍に留めることが可能になるので、圧縮空気Ａ２を効率的にライナ本体１の冷却に利用可能であることがわかった。
【００６４】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６５】
例えば、上記実施形態では、燃焼装置としてジェットエンジン１０を例示した。ライナ本体１が適用可能な燃焼装置は、ジェットエンジン１０に限定されることはない。例えば、燃焼装置として、ボイラや、ガスタービン等が挙げられる。
【符号の説明】
【００６６】
１  ライナ本体
２  頂部
３  谷部
４  第１の斜面部
６  第２の斜面部
７  第１の冷却孔
８  第２の冷却孔
９  代表曲線
９ｃ  変曲点
９ａ  第１の頂点
９ｂ  第２の頂点
１０  ジェットエンジン
１１  ファン
１２  圧縮機
１３  燃焼器
１４  タービン
１５  ハウジング
１６  軸部
１７  ディスク
１８  タービンブレード
２１  ケース
２２  燃焼ユニット
２３  開口
３１  隙間
３２  隙間
１００  ライナ本体
１０２  頂部
１０３  谷部
１０７  第１の冷却孔
１０８  第２の冷却孔
Ａ  回転軸
Ａ１  燃焼ガス
Ａ２  圧縮空気
ＡＸ  軸線
ＢＬ  温度境界層
ＢＭ  温度境界層
Ｂ１  領域
ＣＬ  中心線
Ｄ１  第１の方向
Ｄ２  第２の方向
Ｆ１  第１の内径
Ｆ２  第２の内径
Ｇ７ａ  グラフ
Ｇ７ｂ  グラフ
Ｌ１  第１の軸線
Ｌ２  第２の軸線
Ｌ３  第３の軸線
Ｌ４  第４の軸線
Ｌ  波長
ＭＳ  主流
ｍ  谷底位置
ｒ  振幅
Ｒ１  第１の流線
Ｒ２  第２の流線
Ｖ１  渦
Ｖ２  渦
【図１】
0006736998.tif 000003
【図２】
0006736998.tif 000004
【図３】
0006736998.tif 000005
【図４】
0006736998.tif 000006
【図５】
0006736998.tif 000007
【図６】
0006736998.tif 000008
【図７】
0006736998.tif 000009
【図８】
0006736998.tif 000010
【図９】
0006736998.tif 000011
【図１０】
0006736998.tif 000012
【図１１】
0006736998.tif 000013
【図１２】
0006736998.tif 000014
【図１３】
0006736998.tif 000015
【図１４】
0006736998.tif 000016
【図１５】
0006736998.tif 000017
【図１６】
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