(57)【要約】【課題】環状流路が多重に配置された回転デトネーション燃焼器において、燃焼器壁部の温度上昇を抑制する。【解決手段】回転デトネーション燃焼器は、軸心部２０と、軸心部２０の外周側に配置された第１環状流路３０と、第１環状流路３０の外周側に配置された環状の第１壁部４０と、第１壁部４０の外周側に配置された第２環状流路５０と、第２環状流路５０の外周側に配置された第２壁部６０と、第１環状流路内に燃料を供給する第１燃料供給口３６と、第２環状流路内に燃料を供給する第２燃料供給口５６とを具備する。第１燃料供給口３６は、第２燃料供給口５６よりも第１方向側にあるか、あるいは、第２燃料供給口５６よりも第１方向とは反対の第２方向側にある。【選択図】図５
2017142044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心部と、
軸心部の外周側に配置され、第１酸化剤導入部と第１燃焼ガス放出部とを備える第１環状流路と、
前記第１環状流路の外周側に配置された環状の第１壁部と、
前記第１壁部の外周側に配置され、第２酸化剤導入部と第２燃焼ガス放出部とを備える第２環状流路と、
前記第２環状流路の外周側に配置された第２壁部と、
前記第１環状流路内に燃料を供給する第１燃料供給口と、
前記第２環状流路内に燃料を供給する第２燃料供給口と
を具備し、
前記軸心部の長手方向に沿う方向であって、前記第１酸化剤導入部から前記第１燃焼ガス放出部に向かう方向を第１方向と定義するとき、前記第１燃料供給口は、前記第２燃料供給口よりも前記第１方向側にあるか、あるいは、前記第２燃料供給口よりも前記第１方向とは反対の第２方向側にある
回転デトネーション燃焼器。
【請求項２】
前記軸心部の第１方向側にノズル部材が配置され、
前記第１燃料供給口は、前記第２燃料供給口よりも前記第１方向側にある
請求項１に記載の回転デトネーション燃焼器。
【請求項３】
前記第１壁部は、冷媒が通過する冷媒流路を備える
請求項１または２に記載の回転デトネーション燃焼器。
【請求項４】
前記冷媒は、空気であり、
前記冷媒流路は、冷媒導入部と冷媒放出部とを備え、
前記冷媒は、前記第１燃焼ガス放出部または前記第２燃焼ガス放出部から放出される燃焼ガスによるエジェクタ効果により、自動的に、前記冷媒流路内に供給されるか、あるいは、前記冷媒流路内への供給がアシストされる
請求項３に記載の回転デトネーション燃焼器。
【請求項５】
前記冷媒流路のデトネーション発生領域に対応する部分の断面積は、前記冷媒流路の前記冷媒導入部における断面積よりも小さい
請求項４に記載の回転デトネーション燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転デトネーション燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転デトネーションエンジン（ＲＤＥ）が知られている。回転デトネーションエンジンでは、デトネーション波が環状の流路を周方向に回転しながら伝播することにより、燃料が燃焼される。燃料の燃焼により得られた燃焼ガスを排出ことによりエンジン出力が得られる。デトネーション波により燃焼した燃焼ガスの温度は、非常に高温である。このため、回転デトネーションエンジン（回転デトネーション燃焼器）の壁面は、燃焼ガスからの熱伝達により高温となる。
【０００３】
関連する技術として、非特許文献１（「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｓ」）には、回転デトネーションの基本について開示されている。非特許文献１には、回転デトネーションエンジンの流れ場の概要図（図１を参照）と、円筒状の流れ場を２次元的に模式化した図（図２を参照）とが記載されている。非特許文献１には、デトネーション波（回転デトネーションフロント）が、同軸の２つの円筒間の環状流路（ｔｏｒｏｉｄａｌ  ｃｈａｎｎｅｌ）中をアジマス方向に回転すること、可燃ガスがエンジンの一端（ｈｅａｄ  ｅｎｄ）から軸方向に注入され、燃焼ガスが下流の出口から放出されることが記載されている。なお、図２を参照すると、デトネーション波（回転デトネーションフロント）の前方には可燃ガス層が存在し、デトネーション波（回転デトネーションフロント）の後方には燃焼ガス層が存在することが把握される。
【０００４】
また、特許文献１（特表２０１４−５１７１９４号公報）には、デトネーションチャンバーを備えるターボ機関が開示されている。特許文献１には、複数のデトネーションチャンバーを同心状に配置することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開２００６−９７６４号公報）には、デトネーションエンジンが開示されている。特許文献２に記載のデトネーションエンジンは、旋回流発生手段と、リング状のデトネーションチャンバーと、デトネーション波によって生じる高温高圧の燃焼ガスを噴出するノズルとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１４−５１７１９４号公報
【特許文献２】特開２００６−９７６４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｍａｎａｂｕ  Ｈｉｓｈｉｄａ，  外２名，  「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｓ」，  Ｓｈｏｃｋ  Ｗａｖｅｓ，  ２００９年４月，  Ｖｏｌ．１９，  ｉｓｓｕｅ  １，  ｐｐ．１−１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、環状流路が多重に配置された回転デトネーション燃焼器において、燃焼器壁部の温度上昇を抑制することにある。
【０００９】
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。
【００１１】
いくつかの実施形態における回転デトネーション燃焼器は、軸心部（２０）と、軸心部（２０）の外周側に配置され、第１酸化剤導入部（３２）と第１燃焼ガス放出部（３４）とを備える第１環状流路（３０）と、前記第１環状流路（３０）の外周側に配置された環状の第１壁部（４０）と、前記第１壁部（４０）の外周側に配置され、第２酸化剤導入部（５２）と第２燃焼ガス放出部（５４）とを備える第２環状流路（５０）と、前記第２環状流路（５０）の外周側に配置された第２壁部（６０）と、前記第１環状流路内に燃料を供給する第１燃料供給口（３６）と、前記第２環状流路内に燃料を供給する第２燃料供給口（５６）とを具備する。前記軸心部（２０）の長手方向に沿う方向であって、前記第１酸化剤導入部（３２）から前記第１燃焼ガス放出部（３４）に向かう方向を第１方向と定義するとき、前記第１燃料供給口（３６）は、前記第２燃料供給口（５６）よりも前記第１方向側にあるか、あるいは、前記第２燃料供給口（５６）よりも前記第１方向とは反対の第２方向側にある。
【００１２】
上記回転デトネーション燃焼器において、前記軸心部（２０）の第１方向側にノズル部材（７０）が配置されてもよい。前記第１燃料供給口（３６）は、前記第２燃料供給口（５６）よりも前記第１方向側にあってもよい。
【００１３】
上記回転デトネーション燃焼器において、前記第１壁部（４０）は、冷媒が通過する冷媒流路（４２；４４）を備えていてもよい。
【００１４】
上記回転デトネーション燃焼器において、前記冷媒は、空気であってもよい。前記冷媒流路（４４）は、冷媒導入部（４５）と冷媒放出部（４６）とを備えていてもよい。前記冷媒は、前記第１燃焼ガス放出部（３４）または前記第２燃焼ガス放出部（５４）から放出される燃焼ガスによるエジェクタ効果により、自動的に、前記冷媒流路（４４）内に供給されてもよい。代替的に、前記第１燃焼ガス放出部（３４）または前記第２燃焼ガス放出部（５４）から放出される燃焼ガスによるエジェクタ効果により、前記冷媒流路（４４）内への前記冷媒の供給がアシストされてもよい。
【００１５】
上記回転デトネーション燃焼器において、前記冷媒流路（４４）のデトネーション発生領域に対応する部分の断面積は、前記冷媒流路（４４）の前記冷媒導入部（４５）における断面積よりも小さくてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、環状流路が多重に配置された回転デトネーション燃焼器において、燃焼器壁部の温度上昇が効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、回転デトネーションエンジンの流れ場の概要を示す図である。
【図２】図２は、回転デトネーションエンジンにおける円筒状の流れ場を２次元的に模式化した図である。
【図３】図３は、回転デトネーション燃焼器を模式的に示す縦断面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器を模式的に示す縦断面図である。
【図７】図７は、図６のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図８】図８は、図６のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図９】図９は、第１の実施形態の変形例における回転デトネーション燃焼器を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態における回転デトネーション燃焼器を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に記載の回転デトネーション燃焼器を後方からみた時の図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態の変形例における回転デトネーション燃焼器を模式的に示す縦断面図である。
【図１３】図１３は、実施形態における回転デトネーション燃焼器の適用例を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、実施形態における回転デトネーション燃焼器の適用例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施形態に係る回転デトネーション燃焼器に関して、添付図面を参照して説明する。
【００１９】
（発明者によって認識された事項）
回転デトネーション燃焼器の出力を増加させるためには、図３および図４に示されるように、燃焼器として機能する複数の環状流路を同心状に配置することが考えられる。図３は、回転デトネーション燃焼器を模式的に示す縦断面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ矢視断面図である。図３に記載の回転デトネーション燃焼器１は、軸心部２と、第１壁部４と、第２壁部６とを備える。軸心部２と第１壁部４との間には、燃焼部として機能する第１環状流路３が配置され、第１壁部４と第２壁部６との間には、燃焼部として機能する第２環状流路５が配置される。なお、第１環状流路３と第２環状流路５とは、互いに同心状に配置される。
【００２０】
第１壁部４には、第１環状流路３内における燃料の燃焼に伴い発生する熱が伝達され、かつ、第２環状流路５内における燃料の燃焼に伴い発生する熱が伝達される。その結果、燃焼器の壁部の温度（例えば、第１壁部４の温度）は、単一の環状流路を備える燃焼器の壁部の温度よりも高くなる。このため、燃焼部として機能する環状流路を多重に配置した回転デトネーション燃焼器においては、燃焼器壁部の材料として、より耐熱性が高い材料を使用するか、あるいは、燃焼器壁部を強力に冷却することが必要となる。
【００２１】
燃焼器壁部の材料が耐熱性の高い材料に限定される場合には、より軽量な材料、あるいは、より安価な材料等を使用することができなくなるため、燃焼器の重量が増加し、あるいは、燃焼器の製造コストが増加する。
【００２２】
他方、燃焼器壁部を強力に冷却することに関し、燃焼前の燃料を冷媒として用いて燃焼器壁部を冷却する方法（再生冷却）を採用することが考えられる。例えば、図３に記載の例では、燃焼器壁部に冷媒流路７（燃焼前の燃料が通過する流路）が設けられている。しかし、燃焼前の燃料を冷媒として用いて燃焼器壁部を冷却する場合には、強力な燃料ポンプを準備するとともに、燃焼器壁部内に冷媒流路７を配置する必要がある。このため、冷却構造が複雑化し、燃焼器の重量が増加し、あるいは、冷却に伴うエネルギ損失が増加するおそれがある。
【００２３】
（第１の実施形態）
図５を参照して、第１の実施形態の概要について説明する。図５は、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器１０を模式的に示す縦断面図である。回転デトネーション燃焼器１０は、軸心部２０と、第１環状流路３０と、第１壁部４０と、第２環状流路５０と、第２壁部６０とを備える。第１環状流路３０と第２環状流路５０とは、互いに同心状に配置されてもよい。
【００２４】
第１環状流路３０は、軸心部２０の外周側に配置される。また、第１環状流路３０は、酸化剤導入部３２（第１酸化剤導入部３２）と、燃焼ガス放出部３４（第１燃焼ガス放出部３４）とを備える。燃料を酸化して燃焼させるための酸化剤（純酸素、空気等）は、酸化剤導入部３２を介して、回転デトネーション燃焼器１０の外部から、第１環状流路３０内に導入される。また、燃焼部として機能する第１環状流路３０内で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス放出部３４を介して、第１環状流路３０から、回転デトネーション燃焼器１０の外部に放出される。
【００２５】
第１壁部４０は、第１環状流路３０の外周側に配置される。第１壁部４０は、第１環状流路３０と第２環状流路５０との間に配置される壁部である。図５に記載の例では、第１壁部４０は、円筒形状（なお、本明細書において、「円筒形状」には、「略円筒形状」が包含される）の壁部である。
【００２６】
第２環状流路５０は、第１壁部４０の外周側に配置される。また、第２環状流路５０は、酸化剤導入部５２（第２酸化剤導入部５２）と、燃焼ガス放出部５４（第２燃焼ガス放出部５４）とを備える。燃料を酸化して燃焼させるための酸化剤（純酸素、空気等）は、酸化剤導入部５２を介して、回転デトネーション燃焼器１０の外部から、第２環状流路５０内に導入される。また、燃焼部として機能する第２環状流路５０内で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス放出部５４を介して、第２環状流路５０から、回転デトネーション燃焼器１０の外部に放出される。
【００２７】
第２壁部６０は、第２環状流路５０の外周側に配置される。図５に記載の例では、第２壁部６０は、円筒形状である。
【００２８】
図５に記載の回転デトネーション燃焼器１０は、第１環状流路３０内に燃料を供給する燃料供給口３６（第１燃料供給口３６）と、第２環状流路５０に燃料を供給する燃料供給口５６（第２燃料供給口５６）とを備える。炭化水素または水素等の燃料は、第１燃料供給口３６を介して、第１環状流路３０内に導入される。導入された燃料は、酸化剤導入部３２から導入された酸化剤と混合される。混合された混合ガスは、デトネーション波が当該混合ガスを通過することにより燃焼する。デトネーション波は、第１環状流路３０内を周方向に向けて伝播する。デトネーション波よりも下流側は、高温高圧であるため、デトネーション波の通過に伴い、混合ガスは自動的に燃焼する。なお、デトネーション波よりも上流側の部分（換言すれば、回転するデトネーション波が到達していない部分）には、可燃ガス層としての混合ガス層が存在し、デトネーション波より下流側の部分には、燃焼ガス層が存在する。同様に、炭化水素または水素等の燃料は、第２燃料供給口５６を介して、第２環状流路５０内に導入される。導入された燃料は、酸化剤導入部５２から導入された酸化剤と混合される。混合された混合ガスは、デトネーション波が当該混合ガスを通過することにより燃焼する。デトネーション波は、第２環状流路５０内を周方向に向けて伝播する。デトネーション波よりも下流側は、高温高圧であるため、デトネーション波の通過に伴い、混合ガスは自動的に燃焼する。なお、燃焼器の始動は、点火器（図示せず）を用いて、燃料を点火することにより実行されてもよい。
【００２９】
図５には、第１方向と、第２方向とが定義されている。第１方向は、軸心部２０の長手方向に沿う方向（軸心部２０の長手方向に平行な方向）であって、第１酸化剤導入部３２から第１燃焼ガス放出部３４に向かう方向であると定義される。また、第２方向は、第１方向に対して反対の方向であると定義される。図５に記載の例では、第１燃料供給口３６は、第２燃料供給口５６よりも第１方向側にある。代替的に、第１燃料供給口３６は、第２燃料供給口５６よりも第２方向側にあってもよい。なお、図５に記載の例のように、第１環状流路３０の燃焼ガス放出部３４が、第２環状流路５０の燃焼ガス放出部５４よりも第１方向側にある場合には、第１燃料供給口３６は、第２燃料供給口５６よりも第１方向側にあることが好ましい。燃焼ガス放出部３４を、燃焼ガス放出部５４よりも第１方向側に配置する場合の例としては、例えば、軸心部２０の第１方向側に、ノズル部材７０（例えば、略円錐形状のノズル部材７０）を設ける場合等が想定され得る。代替的に、燃焼ガス放出部３４が、燃焼ガス放出部５４よりも第２方向側にある場合には、第１燃料供給口３６は、第２燃料供給口５６よりも第２方向側にあることが好ましい。
【００３０】
図５に記載の例では、第１燃料供給口３６の第１方向に沿った位置は、第２燃料供給口５６の第１方向に沿った位置とは異なる。このため、第１環状流路３０内でのデトネーション発生領域を示す第１領域Ｐ１と、第２環状流路５０内でのデトネーション発生領域を示す第２領域Ｐ２とを、第１方向に沿って互いにずらすことが可能となる。その結果、第１壁部４０に作用する熱負荷が分散され、第１壁部４０の温度上昇が抑制される。第１壁部４０の温度上昇が抑制される結果、燃焼器壁部を冷却するための冷却機構（例えば、再生冷却機構）の設置が不要となるか、あるいは、当該冷却機構の規模を縮小することが可能となる。あるいは、第１壁部４０の温度上昇が抑制される結果、燃焼器壁部の材料として、より安価、または、より軽量な材料を採用することが可能となる。
【００３１】
（第１の実施形態の細部）
図６乃至図８を参照して、第１の実施形態の細部について説明する。図６は、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器１０を模式的に示す縦断面図である。また、図７は、図６のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図８は、図６のＣ−Ｃ矢視断面図である。なお、図６乃至図８に記載の細部構成は、任意付加的な構成（オプション的な構成）であって、第１の実施形態において必須の構成を示すものではない。
【００３２】
図６および図７を参照して、軸心部２０は、円柱形状（なお、本明細書において、「円柱形状」には、「略円柱形状」が包含される）を有する。軸心部２０は、第１環状流路３０に向けて燃料を供給するための燃料供給流路３８を備える。図７から把握されるように、燃料供給流路３８は、第１燃料供給流路３８ａおよび第２燃料供給流路３８ｂを含む複数の燃料供給流路を備えていてもよい。燃料供給流路３８の一端は、第１燃料供給口３６である。第１燃料供給口３６から第１環状流路３０への燃料の供給方向は、回転デトネーション燃焼器１０の半径方向外側に向かう方向であってもよい。図７から把握されるように、第１燃料供給口３６は、複数の燃料供給口３６ａ、３６ｂを含んでいてもよい。なお、回転デトネーション燃焼器１０が、複数の第１燃料供給口３６を備える場合には、複数の第１燃料供給口３６は、軸心部２０の中心軸ＡＸまわりに等間隔に配置されることが好ましい。
【００３３】
図６および図８を参照して、第１壁部４０および第２壁部６０は、それぞれ、円筒形状を有する。第１壁部４０は、第２環状流路５０に向けて燃料を供給するための燃料供給流路５８を備える。図８から把握されるように、燃料供給流路５８は、第１燃料供給流路５８ａおよび第２燃料供給流路５８ｂを含む複数の燃料供給流路を備えていてもよい。燃料供給流路５８の一端は、第２燃料供給口５６である。第２燃料供給口５６から第２環状流路５０への燃料の供給方向は、回転デトネーション燃焼器１０の半径方向外側に向かう方向であってもよい。図８から把握されるように、第２燃料供給口５６は、複数の燃料供給口５６ａ、５６ｂを含んでいてもよい。なお、回転デトネーション燃焼器１０が、複数の第２燃料供給口５６を備える場合には、複数の第２燃料供給口５６は、軸心部２０の中心軸ＡＸまわりに等間隔に配置されることが好ましい。
【００３４】
なお、図６および図８に記載の例では、燃料供給流路５８および第２燃料供給口５６が、第１壁部４０に設けられているが、燃料供給流路５８および第２燃料供給口５６は、第２壁部６０に設けられてもよい。この場合、第２燃料供給口５６から第２環状流路５０への燃料の供給方向は、回転デトネーション燃焼器１０の半径方向内側に向かう方向となる。なお、燃料供給流路５８および第２燃料供給口５６が、第２壁部６０に設けられる場合には、燃料供給流路３８および第１燃料供給口３６は、軸心部２０に設けられてもよいし、あるいは、第１壁部４０に設けられてもよい。燃料供給流路３８および第１燃料供給口３６が、軸心部２０に設けられる場合には、第１環状流路３２への燃料の供給方向は、回転デトネーション燃焼器１０の半径方向外側に向かう方向となる。他方、燃料供給流路３８および第１燃料供給口３６が、第１壁部４０に設けられる場合には、第１環状流路３２への燃料の供給方向は、回転デトネーション燃焼器１０の半径方向内側に向かう方向となる。なお、図６乃至図８には図示されていないが、第１壁部４０と軸心部２０とは、任意の連結部材（例えば、ストラット等）を介して互いに連結されている。また、第１壁部４０と第２壁部６０とは、任意の連結部材（例えば、ストラット等）を介して互いに連結されている。
【００３５】
また、図６乃至図８に記載の例では、燃焼部として機能する環状流路は、第１環状流路３０および第２環状流路５０の２つであるが、燃焼部として機能する環状流路は、３つ以上であってもよい。燃焼部として機能する環状流路がＮ個存在する場合には（なお、「Ｎ」は、３以上の自然数である。）、例えば、
（１）第Ｋ壁部と、第Ｋ＋１壁部との間に第Ｋ環状流路が配置されるようにし（なお、「Ｋ」は、「１」以上「Ｎ」以下の任意の自然数である。）、
（２）第Ｋ環状流路が、第Ｋ酸化剤導入部と、第Ｋ燃焼ガス放出部とを備えるようにし、
（３）Ｍを「２」以上「Ｎ−１」以下の任意の自然数とする時、第Ｍ環状流路内に燃料を供給する第Ｍ燃料供給口の第１方向に沿った位置は、第Ｍ−１燃料供給口の第１方向に沿った位置と異なる位置にし、かつ、第Ｍ環状流路内に燃料を供給する第Ｍ燃料供給口の第１方向に沿った位置は、第Ｍ＋１燃料供給口の第１方向に沿った位置と異なる位置にすればよい。
【００３６】
図８を参照して、第１環状流路３０の径方向の高さＤ１は、第１環状流路３０内に、回転デトネーション波が生成されるような高さに設定される。また、第２環状流路５０の径方向の高さＤ２は、第２環状流路５０内に、回転デトネーション波が生成されるような高さに設定される。
【００３７】
第１燃料供給口３６と、第２燃料供給口５６との配置関係について、より詳細に説明する。図６に記載の例では、第１燃料供給口３６の最も第２方向側の端３７が、第２燃料供給口５６の最も第１方向側の端５７よりも第１方向側にある。代替的に、第１燃料供給口３６が、第２燃料供給口５６よりも第２方向側にある場合には、第１燃料供給口３６の最も第１方向側の端が、第２燃料供給口５６の最も第２方向側の端よりも第２方向側にあればよい。換言すれば、Ｋを「１」以上の任意の自然数とするとき、第Ｋ環状流路に燃料を供給する第Ｋ燃料供給口を、中心軸ＡＸに対し垂直な方向に向かって中心軸ＡＸに投影することによって得られる線分と、第Ｋ＋１環状流路に燃料を供給する第Ｋ＋１燃料供給口を、中心軸ＡＸに対し垂直な方向に向かって中心軸ＡＸに投影することによって得られる線分とは、互いにオーバーラップしない。
【００３８】
図６乃至図８に記載の例では、燃焼部として機能する複数の環状流路のうち最も外側の環状流路（図６に記載の例では、第２環状流路５０）の更に外周側に、壁部（燃焼部として機能する複数の環状流路のうち最も外側の環状流路の外側の壁部）を介して、バイパス流路８０が配置されている。バイパス流路は、壁部（例えば、第２壁部６０）と、外壁９０との間に配置される環状の流路である。バイパス流路８０には、空気導入部８２を介して、燃焼ガスと比較して低温の空気が導入される。バイパス流路８０は、空気放出部８４を備える。空気放出部８４から放出される低温の空気（燃焼ガスよりも低温の空気）は、燃焼部（例えば、第１環状流路または第２環状流路等）で生成された燃焼ガスと混合される。なお、バイパス流路８０には、燃料供給口は設けられていない。また、バイパス流路８０の径方向の高さＤ３は、第１環状流路３０の径方向の高さＤ１、および／または、第２環状流路５０の径方向の高さＤ２より大きくてもよい。
【００３９】
（第１の実施形態の変形例）
図９を参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。図９は、回転デトネーション燃焼器１０を模式的に示す縦断面図である。第１の実施形態の変形例における回転デトネーション燃焼器１０は、冷却機構を備える点で、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器とは異なる。その他の点では、第１の実施形態の変形例における回転デトネーション燃焼器１０は、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器と同様である。
【００４０】
図９に記載の例では、冷却機構は、燃焼前の燃料を冷媒として用いる再生冷却機構である。図９に記載の例では、熱負荷の大きな第１壁部４０に、冷媒（より具体的には、燃料）が通過する冷媒流路４２が配置されている。冷媒流路４２は、第１環状流路３０に沿って配置される冷媒流路４２ａ、および、第２環状流路５０に沿って配置される冷媒流路４２ｂを備えていてもよい。
【００４１】
冷媒流路４２への冷媒の供給は、燃料タンク９２および燃料ポンプ９４を介して行われる。また、冷媒流路４２を通過した冷媒（燃料）は、第１燃料供給口３６または第２燃料供給口５６を介して、燃焼部として機能する環状流路に供給される。より具体的には、燃料タンク９２からの燃料が、燃料配管および燃料ポンプ９４を介して、冷媒流路４２ａおよび／または冷媒流路４２ｂに供給される。冷媒流路４２ａおよび／または冷媒流路４２ｂを通過した冷媒は、第１壁部４０内の燃料供給流路５８を介して第２燃料供給口５６に供給される。
【００４２】
代替的に、あるいは、付加的に、軸心部２０が、冷媒流路２２を備えていてもよいし、第２壁部６０が、冷媒流路６２を備えていてもよい。冷媒流路２２は、第１環状流路３０に沿って配置される冷媒流路であり、冷媒流路６２は、第２環状流路５０に沿って配置される冷媒流路である。例えば、燃料タンク９２からの燃料が、燃料配管および燃料ポンプ９４を介して、冷媒流路２２に供給される。冷媒流路２２を通過した冷媒は、軸心部２０内の燃料供給流路３８を介して第１燃料供給口３６に供給される。
【００４３】
変形例における回転デトネーション燃焼器１０では、第１燃料供給口３６の第１方向に沿った位置は、第２燃料供給口の第１方向に沿った位置とは異なる。その結果、第１壁部４０に作用する熱負荷が分散され、第１壁部４０の温度上昇が抑制される。第１壁部４０の温度上昇が抑制される結果、燃焼器壁部を冷却するための冷却機構（例えば、再生冷却機構）の規模を縮小することが可能となる。また、複数の燃料供給口の第１方向に沿った位置を互いにずらすことによる熱負荷の分散と、冷却機構とを併用することにより、燃焼器壁部の材料として、より一層安価、または、より一層軽量な材料を採用することが可能となる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図１０および図１１を参照して、第２の実施形態について説明する。図１０は、回転デトネーション燃焼器１０を模式的に示す縦断面図である。図１１は、図１０に記載の回転デトネーション燃焼器１０を、後方から見た時（第２方向に沿って見た時）の図である。第２の実施形態における回転デトネーション燃焼器１０は、エジェクタ効果を用いて冷媒流路に冷媒を供給する冷却機構を備える点で、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器とは異なる。その他の点では、第２の実施形態における回転デトネーション燃焼器１０は、第１の実施形態における回転デトネーション燃焼器と同様である。なお、第２の実施形態の回転デトネーション燃焼器１０において、第１の実施形態の回転デトネーション燃焼器の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【００４５】
図１０に記載の例では、熱負荷の大きな第１壁部４０に、冷媒（より具体的には、空気）が通過する冷媒流路４４が配置されている。冷媒流路４４は、第１環状流路３０に沿って配置される冷媒流路４４ａ、および、第２環状流路５０に沿って配置される冷媒流路４４ｂを備えていてもよい。
【００４６】
冷媒流路４４内への冷媒の供給は、第１燃焼ガス放出部３４または第２燃焼ガス放出部５４から放出される燃焼ガスによるエジェクタ効果により、自動的に行われる。すなわち、冷媒流路４４内への冷媒の供給は、冷媒供給ポンプを用いることなく実行可能である。代替的に、冷媒流路４４内への冷媒の供給に関し、圧縮機を用いて冷媒（例えば、空気）を昇圧し、昇圧された冷媒が冷媒流路４４に供給されるようにしてもよい。この場合、エジェクタ効果が利用されることにより、冷媒を供給するための圧縮機の規模を小さくすることが可能である。
【００４７】
より具体的には、冷媒流路４４ａの冷媒放出部４６ａ（冷媒放出口）は、第１燃焼ガス放出部３４（第１燃焼ガス放出口）に隣接配置されている。また、冷媒放出部４６ａからの冷媒の放出方向は、第１燃焼ガス放出部３４からの燃焼ガスの放出方向と一致している（なお、「一致」には、「略一致」が包含される）。このため、第１燃焼ガス放出部３４から燃焼ガスが放出されると、冷媒放出部４６ａには、エジェクタ効果（負圧）が作用する。当該エジェクタ効果により、冷媒流路４４ａ内には、冷媒導入部４５ａを介して、冷媒が自動的に供給される。代替的に、冷媒流路４４ａ内への冷媒の供給に関し、圧縮機を用いて冷媒（例えば、空気）を昇圧し、昇圧された冷媒が冷媒流路４４ａに供給されるようにしてもよい。この場合、エジェクタ効果が利用されることにより、冷媒を供給するための圧縮機の規模を小さくすることが可能である。同様に、冷媒流路４４ｂの冷媒放出部４６ｂ（冷媒放出口）は、第２燃焼ガス放出部５４（第２燃焼ガス放出口）に隣接配置されている。また、冷媒放出部４６ｂからの冷媒の放出方向は、第２燃焼ガス放出部５４からの燃焼ガスの放出方向と一致している（なお、「一致」には、「略一致」が包含される）。このため、第２燃焼ガス放出部５４から燃焼ガスが放出されると、冷媒放出部４６ｂには、エジェクタ効果（負圧）が作用する。当該エジェクタ効果により、冷媒流路４４ｂ内には、冷媒導入部４５ｂを介して、冷媒が自動的に供給される。代替的に、冷媒流路４４ｂ内への冷媒の供給に関し、圧縮機を用いて冷媒（例えば、空気）を昇圧し、昇圧された冷媒が冷媒流路４４ｂに供給されるようにしてもよい。この場合、エジェクタ効果が利用されることにより、冷媒を供給するための圧縮機の規模を小さくすることが可能である。
【００４８】
図１０に記載の例では、冷媒放出部４６ａの放出口を規定する放出面と、第１燃焼ガス放出部３４の放出口を規定する放出面との間のなす角は、０度である（より具体的には、両放出面は、同一平面上にあり、かつ、第１方向に垂直な面である）。代替的に、冷媒放出部４６ａの放出口を規定する放出面と、第１燃焼ガス放出部３４の放出口を規定する放出面との間のなす角は、０度より大きくてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、冷媒放出部４６ａの放出口を規定する放出面は、第１燃焼ガス放出部３４の放出口を規定する放出面よりも第１方向側、もしくは、第２方向側にあってもよい。同様に、冷媒放出部４６ｂの放出口を規定する放出面と、第２燃焼ガス放出部５４の放出口を規定する放出面との間のなす角は、０度であってもよいし、０度より大きくてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、冷媒放出部４６ｂの放出口を規定する放出面は、第２燃焼ガス放出部５４の放出口を規定する放出面よりも第１方向側、もしくは、第２方向側にあってもよい。代替的に、冷媒放出部４６ｂの放出口を規定する放出面は、第２燃焼ガス放出部５４の放出口を規定する放出面と同一平面上にあってもよい。
【００４９】
図１０に示されるように、軸心部２０に、冷媒（より具体的には、空気）が通過する冷媒流路２４が配置されてもよい。冷媒流路２４は、第１環状流路３０に沿って配置される。
【００５０】
冷媒流路２４内への冷媒の供給は、第１燃焼ガス放出部３４から放出される燃焼ガスによるエジェクタ効果により、自動的に行われる。すなわち、冷媒流路２４内への冷媒の供給は、冷媒供給ポンプを用いることなく実行可能である。代替的に、冷媒流路２４内への冷媒の供給に関し、圧縮機を用いて冷媒（例えば、空気）を昇圧し、昇圧された冷媒が冷媒流路２４に供給されるようにしてもよい。この場合、エジェクタ効果が利用されることにより、冷媒を供給するための圧縮機の規模を小さくすることが可能である。
【００５１】
より具体的には、冷媒流路２４の冷媒放出部２６（冷媒放出口）は、第１燃焼ガス放出部３４（第１燃焼ガス放出口）に隣接配置されている。また、冷媒放出部２６からの冷媒の放出方向は、第１燃焼ガス放出部３４からの燃焼ガスの放出方向と一致している（なお、「一致」には、「略一致」が包含される）。このため、第１燃焼ガス放出部３４から燃焼ガスが放出されると、冷媒放出部２６には、エジェクタ効果（負圧）が作用する。当該エジェクタ効果により、冷媒流路２４内には、冷媒導入部２５を介して、冷媒が自動的に供給されるか、あるいは、冷媒流路２４内への冷媒の供給がアシストされる。
【００５２】
図１０に記載の例では、冷媒放出部２６の放出口を規定する放出面と、第１燃焼ガス放出部３４の放出口を規定する放出面との間のなす角は、０度である（より具体的には、両放出面は、同一平面上にあり、かつ、第１方向に垂直な面である）。代替的に、冷媒放出部２６の放出口を規定する放出面と、第１燃焼ガス放出部３４の放出口を規定する放出面との間のなす角は、０度より大きくてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、冷媒放出部２６の放出口を規定する放出面は、第１燃焼ガス放出部３４の放出口を規定する放出面よりも第１方向側、もしくは、第２方向側にあってもよい。
【００５３】
図１０に示されるように、第２壁部６０に、冷媒（より具体的には、空気）が通過する冷媒流路６４が配置されてもよい。冷媒流路６４は、第２環状流路５０に沿って配置される。
【００５４】
冷媒流路６４内への冷媒の供給は、第２燃焼ガス放出部５４から放出される燃焼ガスによるエジェクタ効果により、自動的に行われる。すなわち、冷媒流路６４内への冷媒の供給は、冷媒供給ポンプを用いることなく実行可能である。代替的に、冷媒流路６４内への冷媒の供給に関し、圧縮機を用いて冷媒（例えば、空気）を昇圧し、昇圧された冷媒が冷媒流路６４に供給されるようにしてもよい。この場合、エジェクタ効果が利用されることにより、冷媒を供給するための圧縮機の規模を小さくすることが可能である。
【００５５】
より具体的には、冷媒流路６４の冷媒放出部６６（冷媒放出口）は、第２燃焼ガス放出部５４（第２燃焼ガス放出口）に隣接配置されている。また、冷媒放出部６６からの冷媒の放出方向は、第２燃焼ガス放出部５４からの燃焼ガスの放出方向と一致している（なお、「一致」には、「略一致」が包含される）。このため、第２燃焼ガス放出部５４から燃焼ガスが放出されると、冷媒放出部６６には、エジェクタ効果（負圧）が作用する。当該エジェクタ効果により、冷媒流路６４内には、冷媒導入部６５を介して、冷媒が自動的に供給されるか、あるいは、冷媒流路６４内への冷媒の供給がアシストされる。
【００５６】
図１０に記載の例では、冷媒放出部６６の放出口を規定する放出面と、第２燃焼ガス放出部５４の放出口を規定する放出面との間のなす角は、０度である（より具体的には、両放出面は、同一平面上にあり、かつ、第１方向に垂直な面である）。代替的に、冷媒放出部６６の放出口を規定する放出面と、第２燃焼ガス放出部５４の放出口を規定する放出面との間のなす角は、０度より大きくてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、冷媒放出部６６の放出口を規定する放出面は、第２燃焼ガス放出部５４の放出口を規定する放出面よりも第１方向側、もしくは、第２方向側にあってもよい。
【００５７】
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を奏する。加えて、第２の実施形態では、エジェクタ効果によって、冷媒流路に冷媒が自動的に供給されるか、あるいは、冷媒流路への冷媒の供給がアシストされる。このため、燃焼前の燃料を冷媒として用いる冷却機構と比較して、構成が簡素となり、燃焼器が軽量化される。さらに、第２の実施形態では、エジェクタ効果によって、冷媒流路に冷媒が自動的に供給されるため、冷媒を冷媒流路に供給するためのポンプあるいは圧縮機等が不要となる。あるいは、第２の実施形態では、エジェクタ効果によって、冷媒流路への冷媒の供給がアシストされる。このため、冷媒を冷媒流路に供給するためのポンプあるいは圧縮機を小さくすることが可能である。その結果、燃焼器の更なる軽量化が可能となる。第２の実施形態の回転デトネーション燃焼器が、飛しょう体用のジェットエンジンに適用される場合には、ジェットエンジン（および、飛しょう体）が軽量化される。
【００５８】
（第２の実施形態の変形例）
図１２を参照して、第２の実施形態の変形例について説明する。図１２は、回転デトネーション燃焼器１０を模式的に示す縦断面図である。第２の実施形態の変形例における回転デトネーション燃焼器１０の冷媒流路の形状は、第２の実施形態における回転デトネーション燃焼器１０の冷媒流路の形状と異なる。その他の点では、第２の実施形態の変形例における回転デトネーション燃焼器１０は、第２の実施形態における回転デトネーション燃焼器と同様である。
【００５９】
図１２に記載の例では、デトネーション発生領域に対応する冷媒流路の断面積（第１方向に垂直な面における断面積）が、デトネーション発生領域ではない他の領域に対応する冷媒流路の断面積（第１方向に垂直な面における断面積）よりも小さい。冷媒流路の断面積が相対的に小さな部分では、冷媒流路の断面積が相対的に大きな部分と比較して、冷媒流路を流れる冷媒の流速が速い。その結果、冷媒流路の断面積が相対的に小さな部分では、より大きな冷却効果が得られる。図１２に記載の例では、デトネーション発生領域に対応する冷媒流路の断面積が、デトネーション発生領域ではない他の領域に対応する冷媒流路の断面積よりも小さい。その結果、デトネーション発生領域において、特に大きな冷却効果が得られる。
【００６０】
冷媒流路の断面積について、より具体的に説明する。冷媒流路４４ａに関し、第１燃料供給口３６および／または第２燃料供給口５６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒導入部４５ａにおける流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。また、冷媒流路４４ａに関し、第１燃料供給口３６および／または第２燃料供給口５６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒放出部４６ａにおける流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。
【００６１】
同様に、冷媒流路４４ｂに関し、第２燃料供給口５６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒導入部４５ｂにおける流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。冷媒流路４４ｂに関し、第２燃料供給口５６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒放出部４６ｂにおける流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。
【００６２】
同様に、冷媒流路２４に関し、第１燃料供給口３６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒導入部２５における流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。冷媒流路２４に関し、第１燃料供給口３６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒放出部２６における流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。
【００６３】
同様に、冷媒流路６４に関し、第２燃料供給口５６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒導入部６５における流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。冷媒流路６４に関し、第２燃料供給口５６の直ぐ下流側（第１方向側）の流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）は、冷媒放出部６６における流路断面積（第１方向に垂直な面における断面積）より小さい。
【００６４】
（回転デトネーション燃焼器の適用例）
図１３および図１４を参照して、上述の実施形態における回転デトネーション燃焼器の適用例について説明する。図１３に記載の例では、回転デトネーション燃焼器１０が、タービン１００の上流側に配置されている。回転デトネーション燃焼器１０の第１燃焼ガス放出部３４または第２燃焼ガス放出部５４から放出された燃焼ガスは、タービンを回転駆動する。なお、回転デトネーション燃焼器１０の上流側には、圧縮機２００が配置されてもよい。圧縮機２００によって圧縮された空気等の酸化剤は、第１酸化剤導入部３２を介して第１環状流路３０に供給される。また、圧縮機２００によって圧縮された空気等の酸化剤は、第２酸化剤導入部５２を介して第２環状流路５０に供給される。圧縮機２００の回転軸と、タービン１００の回転軸とは、機械的に接続されていてもよい。この場合、タービン１００の回転により、圧縮機２００が駆動されることとなる。
【００６５】
図１４に記載の例では、回転デトネーション燃焼器１０が、エンジンのノズル３００の上流側に配置されている。回転デトネーション燃焼器１０の第１燃焼ガス放出部３４または第２燃焼ガス放出部５４から放出された燃焼ガスは、ノズル３００を介して放出される。ノズル３００から燃焼ガスが放出されることにより、エンジンは推力を得る。なお、回転デトネーション燃焼器１０の上流側には、圧縮機４００が配置されてもよい。圧縮機４００によって圧縮された空気等の酸化剤は、第１酸化剤導入部３２を介して第１環状流路３０に供給される。また、圧縮機４００によって圧縮された空気等の酸化剤は、第２酸化剤導入部５２を介して第２環状流路５０に供給される。
【００６６】
本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は変形例にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１                  ：回転デトネーション燃焼器
２                  ：軸心部
３                  ：第１環状流路
４                  ：第１壁部
５                  ：第２環状流路
６                  ：第２壁部
７                  ：冷媒流路
１０                ：回転デトネーション燃焼器
２０                ：軸心部
２２                ：冷媒流路
２４                ：冷媒流路
２５                ：冷媒導入部
２６                ：冷媒放出部
３０                ：第１環状流路
３２                ：第１酸化剤導入部
３４                ：第１燃焼ガス放出部
３６                ：第１燃料供給口
３６ａ              ：燃料供給口
３６ｂ              ：燃料供給口
３７                ：端
３８                ：燃料供給流路
３８ａ              ：第１燃料供給流路
３８ｂ              ：第２燃料供給流路
４０                ：第１壁部
４２、４２ａ、４２ｂ：冷媒流路
４４、４４ａ、４４ｂ：冷媒流路
４５ａ              ：冷媒導入部
４５ｂ              ：冷媒導入部
４６ａ              ：冷媒放出部
４６ｂ              ：冷媒放出部
５０                ：第２環状流路
５２                ：第２酸化剤導入部
５４                ：第２燃焼ガス放出部
５６                ：第２燃料供給口
５６ａ              ：燃料供給口
５６ｂ              ：燃料供給口
５７                ：端
５８                ：燃料供給流路
５８ａ              ：第１燃料供給流路
５８ｂ              ：第２燃料供給流路
６０                ：第２壁部
６２                ：冷媒流路
６４                ：冷媒流路
６５                ：冷媒導入部
６６                ：冷媒放出部
７０                ：ノズル部材
８０                ：バイパス流路
８２                ：空気導入部
８４                ：空気放出部
９０                ：外壁
９２                ：燃料タンク
９４                ：燃料ポンプ
１００              ：タービン
２００              ：圧縮機
３００              ：ノズル
４００              ：圧縮機
【図１】
2017142044.tif 000003
【図２】
2017142044.tif 000004
【図３】
2017142044.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017142044.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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