(57)【要約】【課題】燃焼ガスから燃焼室の周壁部への熱伝達率を向上させることが可能な燃焼器を提供する。【解決手段】噴射面から酸化剤および燃料を噴射可能な複数の噴射器と、噴射面および噴射面から立設した周壁部３２により画成され、複数の噴射器から噴射された酸化剤および燃料が混合して燃焼することにより、推力となる燃焼ガスを発生させるための燃焼室３と、周壁部３２に設けられ、燃焼前の燃料を流通させる冷却通路３３と、周壁部３２の内壁面に設けられた複数のフィン３８と、周壁部３２の内壁面を流れる燃焼ガスを、周壁部３２の内壁面の周方向へ向けて拡散させるための複数のガス拡散部材４０とを備えた。【選択図】        図８
2009209862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射面から酸化剤および燃料を噴射可能な燃料噴射手段と、
前記噴射面および前記噴射面から立設した周壁部により画成され、前記燃料噴射手段から噴射された酸化剤および燃料が混合して燃焼することにより、推力となる燃焼ガスを発生させるための燃焼室と、
前記周壁部に設けられた冷却通路を有し、前記冷却通路内を燃焼前の前記燃料を流通させることにより、前記燃焼室を冷却可能な燃焼室冷却手段と、
前記周壁部の内壁面に設けられた複数のフィンと、
前記周壁部の内壁面を流れる燃焼ガスを、前記周壁部の内壁面の周方向へ向けて拡散させるための燃焼ガス拡散手段とを備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
前記複数のフィンは、前記周壁部の内壁面の周方向に延在して環状に形成され、前記周方向に直交する軸方向に所定の間隔で設けられた複数の環状フィンであり、
前記燃焼ガス拡散手段は、前記燃焼室内方へ向けて凸状に形成され、前記各環状フィン間に設けられると共に前記内壁面の周方向に複数設けられた複数のガス拡散部であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記燃料噴射手段は、複数の噴射器を有すると共に、前記噴射面には、複数の噴射口が同心円状に形成され、
前記複数の噴射口のうち、前記噴射面の最外周に形成された複数の最外周噴射口から噴射された酸化剤および燃料は、複数の最外周燃焼ガス流となって、前記周壁部の内壁面に沿って軸方向に流れ、
前記複数のガス拡散部は、軸方向に直交する径方向において、前記複数の最外周燃焼ガス流に対向するように、前記周壁部の内壁面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記各ガス拡散部の径方向における高さは、前記各環状フィンの径方向における高さに比して低いことを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記各ガス拡散部は、三角柱形状に形成されると共に、前記各ガス拡散部の頂部の延在方向と前記周壁部の内壁面の周方向とが直交するように設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃焼器。
【請求項６】
前記各ガス拡散部は、直方体形状に形成されると共に、前記各ガス拡散部の頂面の延在方向と前記周壁部の内壁面の周方向とが直交するように設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃焼器。
【請求項７】
前記各ガス拡散部は、半円柱形状に形成されると共に、前記各ガス拡散部の頂部の延在方向と前記周壁部の内壁面の周方向とが直交するように設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃焼器。
【請求項８】
前記複数のフィンは、前記周壁部の内壁面の周方向に直交する軸方向に延在して形成され、前記周方向に所定の間隔で配設した複数の線状フィンであり、
前記燃焼ガス拡散手段は、前記各線状フィン間に形成された前記各間隙間をそれぞれ連通させるように、前記各線状フィンの一部を切り欠いた複数の切欠き部であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【請求項９】
前記複数の切欠き部は、前記各間隙間の連通方向が、前記周方向に対し傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記燃焼ガス拡散手段は、前記噴射面と前記複数のフィンとの間の前記周壁部の内壁面に設けられ、前記噴射面から前記複数のフィンへ向けて流れる燃焼ガス流を、前記内壁面の周方向へ向けて拡散させるように案内するガス拡散ガイド部であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤と燃料とを混合し燃焼させることによって推力を得るロケットエンジンに用いられる燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のロケットエンジンに搭載されるロケット用燃焼器は、多数の噴射器（Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）、燃焼室（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｃｈａｍｂｅｒ）、ノズル（Ｎｏｚｚｌｅ）等から構成され、推進剤である燃料の化学反応によるエネルギーを排気運動に変換することで推力を得るものである。すなわち、噴射器から燃料（例えば水素ガス：ＧＨ2）と酸化剤（例えば液体酸素：ＬＯｘ）が燃焼室に噴射され、着火された後、燃焼室内部で発生した燃焼ガスがノズルにより絞られ、燃焼ガス排出方向へ排出され推力を生じる。
【０００３】
このような燃焼器では、酸化剤と燃料とが燃焼する燃焼室において多大な熱負荷が発生することから、燃焼室の壁面が溶融、損傷することを防止するため、この壁面を効率的に冷却する必要がある。このため、従来の燃焼器では、例えば、特許文献１に記載されたロケットエンジンのように、燃焼室にて燃焼される前の低温の燃料を冷却材として用い、この燃料が、燃焼室の壁内に設けられた冷却通路を通過することで、燃料により壁面を冷却するものがある。
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５１８０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような燃焼器を備えるロケットエンジンとして、例えば、燃焼室壁面を冷却することで熱交換された燃料を、酸化剤及び燃料を加圧、圧送する各ターボポンプの駆動媒体としても用いる、いわゆるエキスパンダーブリードサイクル方式のロケットエンジンがある。このエキスパンダーブリードサイクル方式のロケットエンジンにおいて、燃焼室壁面を冷却することにより温度が上昇し気化した燃料は、各ターボポンプのタービンに導入され、各ターボポンプのコンプレッサの駆動媒体として用いられ、その後、その一部がノズル内に廃棄される一方、残りの燃料は燃焼室に戻って燃焼される。
【０００６】
このようなエキスパンダーブリードサイクル方式のロケットエンジンにおいて、壁面冷却後の燃料により各タービンを効率よく駆動させる場合、燃料を所定温度以上に温度上昇させる必要がある。特に、エンジンの推力をより向上させる場合、燃料の供給量を増加させる必要があり、よって、燃料を加圧、圧送するターボポンプのコンプレッサの駆動をより速くする必要がある。このため、この燃料は、燃焼室壁面を冷却する際に、エンジンの推力に応じた所定以上の熱量吸収が必要である。
【０００７】
この場合、従来のロケットエンジンの燃焼器では、燃料が燃焼室壁面を冷却する際の吸収熱量の増加を図るため、例えば、燃焼室壁面の軸方向に対する長さを長くしたり、あるいは、特許文献１に示すように、燃焼室の長手方向軸に対して延在すると共に、燃焼室内方へ向けて突出した複数の冷却チャネルを設けたりすることで、壁面と燃料との伝熱面積を増加させている。
【０００８】
しかしながら、前者の場合、この燃焼室壁面を形成する材料として、例えば、耐熱銅合金（ＯＭＣ）を用いてしまうと、大型化には限度があることから、所定の長さ以上の燃焼室壁面を製造することは難しい。また、仮に耐熱銅合金などにより大型の壁面を製造できたとしても、結果的に、燃焼器の大型化をまねき燃焼器の自重の増加となり、ロケットエンジンの高効率化要求に反した要因となるおそれがあった。
【０００９】
また、後者の場合、燃焼室内において、例えば、燃焼ガスの流れの強さが不均一となってしまうと、燃焼室壁面を流れる燃焼ガスの流れが局所的となってしまうことから、各冷却チャネル間に形成された複数の間隙の全てに、燃焼ガスが流れるとは限らない。つまり、複数の間隙のうち、燃焼ガスが流れやすい間隙と、燃焼ガスが流れにくい間隙とができてしまう。このため、燃焼ガスが流れにくい間隙において、燃焼ガスから壁面への熱伝達が好適に行われず、燃焼室の内壁面全体で熱交換を行うことができないため、熱伝達率を向上させることが困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、燃焼ガスから燃焼室の周壁部への熱伝達率を向上させることが可能な燃焼器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の燃焼器は、噴射面から酸化剤および燃料を噴射可能な燃料噴射手段と、噴射面および噴射面から立設した周壁部により画成され、燃料噴射手段から噴射された酸化剤および燃料が混合して燃焼することにより、推力となる燃焼ガスを発生させるための燃焼室と、周壁部に設けられた冷却通路を有し、冷却通路内を燃焼前の燃料を流通させることにより、燃焼室を冷却可能な燃焼室冷却手段と、周壁部の内壁面に設けられた複数のフィンと、周壁部の内壁面を流れる燃焼ガスを、周壁部の内壁面の周方向へ向けて拡散させるための燃焼ガス拡散手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この場合、複数のフィンは、周壁部の内壁面の周方向に延在して環状に形成され、周方向に直交する軸方向に所定の間隔で設けられた複数の環状フィンであり、燃焼ガス拡散手段は、燃焼室内方へ向けて凸状に形成され、各環状フィン間に設けられると共に内壁面の周方向に複数設けられた複数のガス拡散部であることが、好ましい。
【００１３】
また、この場合、燃料噴射手段は、複数の噴射器を有すると共に、噴射面には、複数の噴射口が同心円状に形成され、複数の噴射口のうち、噴射面の最外周に形成された複数の最外周噴射口から噴射された酸化剤および燃料は、複数の最外周燃焼ガス流となって、周壁部の内壁面に沿って軸方向に流れ、複数のガス拡散部は、軸方向に直交する径方向において、複数の最外周燃焼ガス流に対向するように、周壁部の内壁面にそれぞれ設けられていることが、好ましい。
【００１４】
これらの場合、各ガス拡散部の径方向における高さは、各環状フィンの径方向における高さに比して低いことが、好ましい。
【００１５】
また、これらの場合、各ガス拡散部は、三角柱形状に形成されると共に、各ガス拡散部の頂部の延在方向と周壁部の内壁面の周方向とが直交するように設けられていることが、好ましい。
【００１６】
一方、これらの場合、各ガス拡散部は、直方体形状に形成されると共に、各ガス拡散部の頂面の延在方向と周壁部の内壁面の周方向とが直交するように設けられていても良い。
【００１７】
同様に、これらの場合、各ガス拡散部は、半円柱形状に形成されると共に、各ガス拡散部の頂部の延在方向と周壁部の内壁面の周方向とが直交するように設けられていても良い。
【００１８】
一方、複数のフィンは、周壁部の内壁面の周方向に直交する軸方向に延在して形成され、周方向に所定の間隔で配設した複数の線状フィンであり、燃焼ガス拡散手段は、各線状フィン間に形成された各間隙間をそれぞれ連通させるように、各線状フィンの一部を切り欠いた複数の切欠き部であっても良い。
【００１９】
この場合、複数の切欠き部は、各間隙間の連通方向が、周方向に対し傾斜するように形成されていることが、好ましい。
【００２０】
また、燃焼ガス拡散手段は、噴射面と複数のフィンとの間の周壁部の内壁面に設けられ、噴射面から複数のフィンへ向けて流れる燃焼ガス流を、内壁面の周方向へ向けて拡散させるように案内するガス拡散ガイド部であっても良い。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の燃焼器によれば、噴射面から燃焼室の内壁面に沿って流れる燃焼ガスを、周壁部の内壁面の周方向へ向けて拡散させることができる。これにより、燃焼室の内壁面において、局所的に燃焼ガスが流れたとしても、燃焼ガス拡散手段により、燃焼ガスを周方向に拡散させることができるため、燃焼ガスが流れにくい部分を生じさせることがない。これにより、燃焼室の内壁面全体で燃焼ガスと熱交換を行うことができるため、燃焼ガスから燃焼室の周壁部への熱伝達率を向上させることができる。
【００２２】
請求項２の燃焼器によれば、複数のフィンが複数の環状フィンである場合、各環状フィン間に、凸状に形成された複数のガス拡散部を周方向に複数設けることにより、燃焼ガスが局所的に流れたとしても、各ガス拡散部材により、燃焼ガスを周方向に向けて拡散させることができる。これにより、簡易な構成で、燃焼ガスを周方向に向けて拡散させることができるため、燃焼ガスから燃焼室の周壁部への熱伝達率を向上させることができる。
【００２３】
請求項３の燃焼器によれば、燃焼室の内壁面に沿って軸方向に各最外周燃焼ガス流が流れることにより、燃焼室の内壁面を流れる燃焼ガスの流れが局所的となってしまう。このとき、各ガス拡散部は、軸方向に流れる複数の最外周燃焼ガス流に、径方向において対向するようにそれぞれ配設されているため、各最外周燃焼ガス流は、径方向において各ガス拡散部の上方を通過する。このとき、各最外周燃焼ガス流は、径方向に膨張する各最外周燃焼ガス流の一部が、各ガス拡散部材によって周方向に拡散される。これにより、燃焼ガスが局所的に流れたとしても、各ガス拡散部材により、燃焼ガスを周方向に向けて拡散させることができるため、燃焼ガスから燃焼室の周壁部への熱伝達率を向上させることができる。
【００２４】
請求項４の燃焼器によれば、各環状フィンに比して、各ガス拡散部の高さを低くすることができるため、各ガス拡散部の厚さを抑制し、燃焼器の自重の増加を抑制することができる。
【００２５】
請求項５の燃焼器によれば、各ガス拡散部を三角柱形状という簡易な形状とすることにより、各ガス拡散部の製造コストを抑制することができる。また、各ガス拡散部の頂部を中心に、燃焼ガスを周方向の双方へ案内することができるため、燃焼ガスを燃焼室の内壁面の周方向に良好に拡散させることができる。
【００２６】
請求項６の燃焼器によれば、各ガス拡散部材を直方体形状という簡易な形状とすることにより、各ガス拡散部材の製造コストを抑制することができる。また、各ガス拡散部の頂面を中心に、燃焼ガスを周方向の双方へ案内することができるため、燃焼ガスを燃焼室の内壁面の周方向に良好に拡散させることができる。
【００２７】
請求項７の燃焼器によれば、各ガス拡散部の頂部を中心に、燃焼ガスを周方向の双方へ案内することができるため、燃焼ガスを燃焼室の内壁面の周方向に良好に拡散させることができる。
【００２８】
請求項８の燃焼器によれば、複数のフィンが複数の線状フィンである場合、各線状フィン間に形成された各間隙間を連通させるように、各線状フィンに複数の切欠き部を形成することができる。このため、燃焼ガスが局所的に流れることにより、燃焼ガスが流れやすい間隙（第１間隙）と、燃焼ガスが流れにくい間隙（第２間隙）とが生じたとしても、第１間隙から切欠き部を介して、第２間隙に燃焼ガスを流入させることができる。つまり、各切欠き部により、燃焼ガスを周方向に向けて拡散させることができる。これにより、簡易な構成で、燃焼ガスを周方向に向けて拡散させることができるため、燃焼ガスから燃焼室の周壁部への熱伝達率を向上させることができる。
【００２９】
請求項９の燃焼器によれば、第１間隙から第２間隙に燃焼ガスを適切に案内することができるように、各切欠き部の連通方向を、周方向に対し適宜傾斜させて形成することができる。
【００３０】
請求項１０の燃焼器によれば、燃焼ガスが複数のフィンに臨む前に、ガス拡散ガイド部により、燃焼ガスを内壁面の周方向へ向けて拡散させるように案内することができる。これにより、燃焼ガスが周壁部の内壁面において局所的に流れることを抑制し、燃焼ガスを周方向に向けて拡散させることができる。これにより、燃焼ガスを周方向に向けて拡散させることができるため、燃焼ガスから燃焼室の周壁部への熱伝達率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る燃焼器について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の実施例１に係る燃焼器が適用されたロケットエンジンの概略配管系統図であり、図２は、実施例１に係る燃焼器の概略構成を示す模式的斜視図である。また、図３は、実施例１に係る燃焼器に用いられる噴射器の概略構成を示す模式的斜視図であり、図４は、実施例１に係る燃焼器に用いられる噴射器の概略構成を示す模式的断面図である。さらに、図５は、燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図であり、図６は、燃焼室の周壁部の軸方向における部分断面図である。また、図７は、複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の軸方向における部分断面図であり、図８は、複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図である。
【００３３】
図１に示すように、本発明の実施例１に係る燃焼器としてのロケット用燃焼器１（以下、単に「燃焼器１」と略記する。）は、酸化剤と燃料とを混合し燃焼させることによって推力を得るロケットエンジン１００（以下、単に「エンジン１００」と略記する。）に適用されている。このエンジン１００は、燃料の一部を、燃焼器１の冷却材として用いると共に酸化剤及び燃料を加圧、圧送する各ターボポンプの駆動媒体として用いる、いわゆるエキスパンダーブリードサイクル方式のロケットエンジンである。
【００３４】
エンジン１００は、酸化剤と燃料とを噴射可能な燃料噴射部３１（図２参照：燃料噴射手段）および酸化剤と燃料とを燃焼させるための燃焼室３（図２参照）を有する上記の燃焼器１を備えている。また、エンジン１００は、この酸化剤および燃料を燃焼器１に供給すると共にエンジン１００の各部に循環させる配管系統として、燃料を燃焼器１に供給する燃料供給ライン９０と、酸化剤を燃焼器１に供給する酸化剤供給ライン９１と、燃焼器１を冷却する冷却媒体として燃料をエンジン１００の各部に循環させる冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２とを備える。
【００３５】
燃料供給ライン９０は、複数の配管により構成されており、燃料としての液体水素（ＬＨ2）を貯留する燃料タンク（不図示）と、燃焼器１の燃料噴射部３１とを接続することにより、燃料供給系を構成している。また、酸化剤供給ライン９１は、複数の配管により構成されており、酸化剤としての液体酸素（ＬＯｘ）を貯留する酸化剤タンク（不図示）と、燃焼器１の燃料噴射部３１とを接続することにより、酸化剤供給系を構成している。さらに、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、複数の配管により構成されており、その一端を燃料供給ライン９０から分岐させると共に、後述する燃焼器１の燃焼室３の周壁部３２（図２参照）内の冷却通路３３などを経由して、その他端を燃焼器１のノズル４内部に接続することにより、冷却媒体・駆動媒体供給系を構成している。
【００３６】
さらに、エンジン１００は、燃料供給ライン９０に介設されると共に燃料を燃焼器１に圧送可能な燃料用ターボポンプ５０と、酸化剤供給ライン９１に介設されると共に酸化剤を燃焼器１に圧送可能な酸化剤用ターボポンプ６０と、燃焼器１を冷却して気化した燃料と液体水素とを混合するミキサ７０と、酸化剤と燃料との混合気に点火する点火器８０とを備えている。
【００３７】
燃料用ターボポンプ５０は、コンプレッサ５１とタービン５２とを備えており、タービン５２は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２内に配設され、コンプレッサ５１は、燃料供給ライン９０内に配設されている。そして、タービン５２は、冷却通路３３を通過し気化した燃料としての水素ガス（ＧＨ2）により回転駆動されることでコンプレッサ５１を駆動し、駆動したコンプレッサ５１は、燃料供給ライン９０の液体水素（ＬＨ2）を加圧して燃料噴射部３１に圧送する。
【００３８】
酸化剤用ターボポンプ６０は、コンプレッサ６１とタービン６２とを備えており、タービン６２は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２内に配設され、コンプレッサ６１は、酸化剤供給ライン９１内に配設されている。そして、タービン６２は、冷却通路３３を通過し気化した燃料としての水素ガス（ＧＨ2）により回転駆動されることでコンプレッサ６１を駆動し、駆動したコンプレッサ６１は、酸化剤供給ライン９１の液体酸素（ＬＯｘ）を加圧して燃料噴射部３１に圧送する。
【００３９】
次に、燃料供給ライン９０、酸化剤供給ライン９１及び冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２について、具体的に説明する。燃料供給ライン９０は、液体水素の流動方向に対して上流側から順に、燃料用ターボポンプ５０のコンプレッサ５１と、主燃料バルブ９３と、ミキサ７０とを備えている。また、酸化剤供給ライン９１は、液体酸素の流動方向に対して上流側から順に、酸化剤用ターボポンプ６０のコンプレッサ６１と、主酸化剤バルブ９４とを備えている。
【００４０】
冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、その一端が、液体水素の流動方向の上流側において、コンプレッサ５１と主燃料バルブ９３との間の燃料供給ライン９０から分岐している。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、燃料供給ライン９０の液体水素の流動方向に対して上流側から順に、燃焼室冷却バルブ９２ｃと、冷却通路３３と、推力制御バルブ９５と、燃料用ターボポンプ５０のタービン５２と、酸化剤用ターボポンプ６０のタービン６２とを備えている。すなわち、燃料用ターボポンプ５０のタービン５２と、酸化剤用ターボポンプ６０のタービン６２とは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２に直列的に配置される。また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、その他端が、液体水素の流動方向の下流側において、ノズル４内部に設けられた冷却通路に接続されている。なお、燃焼室３内の冷却通路３３と燃焼器１との詳細な説明は後述する。
【００４１】
さらに、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、合流管９６と、混合比制御管９７と、バイパス管９８とを備えている。合流管９６は、冷却通路３３と推力制御バルブ９５との間の冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の主管から分岐しており、ミキサ７０に接続されている。混合比制御管９７は、酸化剤用ターボポンプ６０のタービン６２と燃料用ターボポンプ５０のタービン５２との間の冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の主管から分岐しており、タービン６２の下流側に接続されている。そして、この混合比制御管９７には、混合比制御バルブ９９が介設されている。バイパス管９８は、合流管９６の分岐部と推力制御バルブ９５との間の冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の主管から分岐しており、酸化剤用ターボポンプ６０のタービン６２の下流側に接続されている。そして、このバイパス管９８には、ウェストバルブ９８ａが介設されている。
【００４２】
主燃料バルブ９３は、燃料供給ライン９０を開閉することで燃料噴射部３１への液体水素の供給量を調節する。主酸化剤バルブ９４は、酸化剤供給ライン９１を開閉することで燃料噴射部３１への液体酸素の供給量を調節する。燃焼室冷却バルブ９２ｃは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２を開閉することで冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２における液体水素、水素ガスの循環を調節する。推力制御バルブ９５は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２を開閉することでタービン５２に導入される駆動媒体としての水素ガスの導入量を制御してこのタービン５２の回転数を制御し、これにより、コンプレッサ５１による液体水素の加圧を制御することで、エンジン１００全体での推力を制御する。混合比制御バルブ９９は、混合比制御管９７を開閉することでタービン６２に導入される駆動媒体としての水素ガスの導入量を制御してこのタービン６２の回転数を制御し、これにより、コンプレッサ６１による液体酸素の加圧を制御することで、燃焼器１全体での混合比（ＬＯｘ／ＧＨ2）、すなわち、燃料噴射部３１から噴射される液体酸素と水素ガスとの比率を制御する。ウェストバルブ９８ａは、冷却通路３３を通過することで気化した水素ガスがタービン５２、タービン６２をバイパスする際に当該バイパス量に応じて開閉される。
【００４３】
ミキサ７０は、主燃料バルブ９３を通過した極低温の液体水素と、冷却通路３３を通過して気化した高温の水素ガスとを混合し、水素ガスとして燃焼器１に供給可能とする。なお、燃料としての水素は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２における冷却通路３３よりも下流側では水素ガスおよび液体水素の気液二相が存在していることがある。
【００４４】
上記のように構成されるエンジン１００は、燃料供給ライン９０を介して供給される液体水素を燃料用ターボポンプ５０によって燃焼器１に圧送すると共に、酸化剤供給ライン９１を介して供給される液体酸素を酸化剤用ターボポンプ６０によって燃焼器１に圧送し、この液体酸素と水素ガスとを燃焼器１の燃焼室３内で混合し、この混合気に点火器８０により点火することで燃焼させ、燃焼ガスを発生させることにより推力を得る。この間、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２は、燃料用ターボポンプ５０により圧送される液体水素の一部を燃焼器１における燃焼室３の壁面に設けられる冷却通路３３に導入し、この低温の液体水素により燃焼室３を冷却する。このとき、燃焼室３を冷却することでエネルギーを得た液体水素は、その温度が上昇することによりガス化して水素ガスとなり、その一部が合流管９６を介してミキサ７０に導入され、このミキサ７０で液体水素と混合される。そして、残りの水素ガスが燃料用ターボポンプ５０のタービン５２、酸化剤用ターボポンプ６０のタービン６２に順に導入され、タービン５２、タービン６２の駆動媒体として作用し、その膨張エネルギーによりタービン５２、タービン６２を回転駆動させることで、上述のように燃料用ターボポンプ５０、酸化剤用ターボポンプ６０により液体水素および液体酸素を圧送する。そして、タービン５２、タービン６２を回転駆動した水素ガスは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の他端からノズル４内の冷却通路を介して廃棄される。
【００４５】
なお、このエンジン１００では、密度が高く従って高出力が必要な燃料用ターボポンプ５０を水素ガスにより先に駆動し、その後に酸化剤用ターボポンプ６０を駆動する。また、燃料用ターボポンプ５０、酸化剤用ターボポンプ６０を駆動した後の水素ガスの圧力は初めのタービン５２入口前の圧力に比較してかなり低下しており、タービン５２入口前の圧力と略等しい圧力の燃焼室３内には供給することはできないため、燃焼器１の低圧部位としてノズル４内部に排出している。
【００４６】
次に、図２ないし図６を参照して燃焼器１について詳細に説明する。図２に示すように、この燃焼器１は、上記した燃料噴射部３１と、燃焼室（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｃｈａｍｂｅｒ）３と、ノズル（Ｎｏｚｚｌｅ）４とを備えており、推進剤である燃料の化学反応によるエネルギーを排気運動に変換することで推力を得るものである。すなわち、燃料噴射部３１から燃焼室３に向けて噴射される液体酸素と水素ガスとが燃焼室３内で混合され燃焼し、これにより燃焼ガスを発生させ、さらに、ノズル４により燃焼室３から噴射される燃焼ガスの出口を絞り込むことで、推力を得ることができる。
【００４７】
燃料噴射部３１は、噴射面３４から酸化剤および燃料を噴射可能な複数の噴射器（Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）２を有している。図３および図４に示すように、各噴射器２は、内筒としてのＬＯｘポスト２１と、外筒としてのスリーブ２２とを備えている。ＬＯｘポスト２１は、円筒状に形成され内部に酸化剤流路としてのＬＯｘ流路２３が形成される。ＬＯｘポスト２１は、酸化剤供給ライン９１を介して供給されるＬＯｘを一端側からＬＯｘ流路２３に取り込み、他端側から燃焼室３に向けてこの取り込んだＬＯｘを噴射可能となっている。
【００４８】
さらに、ＬＯｘポスト２１の外周面には、スリーブ取付部２５及び凹部２６が設けられている。スリーブ取付部２５は、ＬＯｘポスト２１の外方に突出した円盤形状に形成される。また、スリーブ取付部２５は、このＬＯｘポスト２１の軸線方向に対して垂直に形成される。凹部２６は、ＬＯｘ流路２３を流れるＬＯｘの流動方向に対してこのスリーブ取付部２５よりも下流側、すなわち、燃焼室３側に形成される。凹部２６は、ＬＯｘポスト２１の外径をスリーブ取付部２５の上流側の外径よりも小さく設定することで形成される円筒状の部分であり、燃焼室３側の端部まで延設されている。
【００４９】
スリーブ２２は、ＬＯｘポスト２１とほぼ同軸の円筒状に形成され、このＬＯｘポスト２１の外周を覆うように設けられる。具体的には、スリーブ２２は、一端部がスリーブ取付部２５に当接すると共に他端部が後述する燃焼室３の噴射面３４に接続される（図１も参照）。そして、スリーブ２２は、その内周面においてＬＯｘポスト２１の外周面に設けられた凹部２６を空隙を有して覆うことで、ＬＯｘポスト２１との間に燃料流路としてのＧＨ2流路２７を形成する。このＧＨ2流路２７は、円環状の流路断面をなす。また、スリーブ２２には、その外周面からＧＨ2流路２７まで延設される複数の導入口２８が形成されており、このスリーブ２２は、燃料供給ライン９０を介して供給される水素ガスを導入口２８を介してＧＨ2流路２７に取り込み、ＬＯｘポスト２１との間のこのＧＨ2流路２７から燃焼室３に向けてこの取り込んだ水素ガスを噴射可能である。なお、ＬＯｘ流路２３から燃焼室３に噴射される液体酸素の流速は例えば１０〜２０ｍ／Ｓ程度であるのに対して、ＧＨ2流路２７から燃焼室３に噴射される水素ガスは液体酸素の約１０倍の流速で噴射される。
【００５０】
再び、図２を参照して、燃焼室３は、多数の噴射器２から噴射され、微粒化され混合された液体酸素と水素ガスとが内部で燃焼するためのものであり、燃焼室３は、噴射面３４と噴射面３４から立設した周壁部３２とにより画成されている。
【００５１】
噴射面３４は、液体酸素と水素ガスとを燃焼室３の内方に噴射する面であり、円形状に形成され、その表面に複数の噴出口３６が形成されている。複数の噴出口３６は、噴射面３４に対し同心円状に形成され、噴射面の径方向に列設されている。そして、上述の複数の噴射器２は、この複数の噴出口３６の背面側（噴射方向上流側）にそれぞれ１つずつ設けられる。すなわち、各噴射器２のスリーブ２２は、この各噴出口３６に接続される。
【００５２】
周壁部３２は、円筒状に形成されこの噴射面３４に立設されている。つまり、周壁部３２は、その一端に噴射面３４が設けられ、その他端にノズル４が設けられる。また、この周壁部３２の内壁面には、複数の環状フィン３８が設けられている（図６参照）。各環状フィン３８は、周壁部３２の内壁面の周方向に延在して環状に形成され、周方向に直交する周壁部３２の軸方向に所定の間隔で配設されている。
【００５３】
図２および図６に示すように、上記の噴射面３４および周壁部３２により画成された燃焼室３は、その内径がほぼ一定であると共に、軸方向のノズル４側において、燃焼室３の一部の内径が細くなるように絞って形成されている。また、燃焼室３の噴射面３４は、上述のようにその背面側に噴射器２のスリーブ２２が接続されているため、複数の噴射器２から噴射された液体酸素および水素ガスは、この噴射面３４から噴射される。なお、各噴射器２は、ロケットエンジンの推力にもよるが、通常数百本が燃焼室３の噴射面３４の背面側に、燃焼器１の推力方向の中心軸に対して概ね円周方向に均一になるように配設される。また、図２に示すように、ノズル４は、燃焼室３の周壁部３２に連続して形成されると共に内部が燃焼室３と連通する。そして、ノズル４は、燃焼室３側に向かって先細りとなる円錐状に形成され、燃焼室３で発生する燃焼ガスの出口断面を絞り込むことにより、燃焼ガスによる推力を得る。
【００５４】
ここで、図５を参照して、周壁部３２について具体的に説明すると、周壁部３２は、径方向に対して燃焼室３内方から順に、壁面内筒３２ａと、中間層３２ｂと、壁面外筒３２ｃとにより３層構造で構成される。壁面内筒３２ａは、大きな熱負荷に対して熱応力を発生させないため、ここでは、温度分布熱伝導のよい特殊な耐熱銅合金（ＯＭＣ）により形成される。壁面内筒３２ａは、径方向外周面に燃焼室３の軸方向に沿った複数の溝が形成され、この溝が複数の冷却通路３３をなす。中間層３２ｂは、電鋳銅層として形成され、壁面内筒３２ａの径方向外周側に接して設けられ、冷却通路３３の蓋として機能する。壁面外筒３２ｃは、この中間層３２ｂの径方向外周側に接して設けられ、燃焼室３内の気圧に対する強度部材（構造部材）として機能し、ここではステンレス（ＳＵＳ）により形成される。燃焼室３内での燃焼時、燃焼室３圧力及び上記冷却通路３３内の圧力は、主としてこの壁面外筒３２ｃで保持される。
【００５５】
図６に示すように、冷却通路３３は、壁面内筒３２ａ（図５参照）の径方向外周側に燃焼室３の軸方向に沿って複数形成される。複数の冷却通路３３は、上述の冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２（図１参照）の一部をなす。さらに具体的には、冷却通路３３は、入口マニホールド３３ａを介して複数に分岐する一方、出口マニホールド３３ｂを介して１つに合流する。そして、入口マニホールド３３ａは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２をなす冷却通路導入管９２ａに接続される一方、出口マニホールド３３ｂは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２をなす冷却通路排出管９２ｂに接続される。また、この入口マニホールド３３ａは、噴射方向下流側（軸方向ノズル４側）に設けられる一方、出口マニホールド３３ｂは、噴射方向上流側（軸方向噴射面側）に設けられる。
【００５６】
上記のように構成される燃焼器１は、各噴射器２のＬＯｘ流路２３を介して燃焼室３に液体酸素が噴射され、ＧＨ2流路２７を介して燃焼室３に水素ガスが噴射される。燃焼室３に噴射された液体酸素と水素ガスとは、燃焼室３内で微粒化し混合する。そして、燃焼室３内で混合した液体酸素および水素ガスは、点火器８０（図９参照）により着火された後、この燃焼室３内で燃焼され、その結果、燃焼ガスが発生する。そしてこの燃焼ガスがノズル４を介して燃焼室３から噴射され、このとき、このノズル４により燃焼ガスの出口断面が絞り込まれていることから、燃焼ガスの噴射による推力が向上し、推力を得ることができる。
【００５７】
また、液体水素は、入口マニホールド３３ａから複数の冷却通路３３に分岐して導入され、ノズル４側から噴射面３４側へ軸方向に沿って流れて出口マニホールド３３ｂで合流した後に流出する。この間、液体水素は、燃焼室３の周壁部を冷却する。つまり、この冷却通路３３を通過する燃焼前の液体水素により燃焼室３を冷却可能である（燃焼室冷却手段）。そして、このとき、液体水素は、燃焼室３を冷却することで、温度上昇し高エネルギー状態となってガス化し、水素ガスとして出口マニホールド３３ｂで集められて冷却通路排出管９２ｂに流出する。これにより、燃焼室３にて燃焼される前の低温の液体水素が冷却材として作用するため、燃焼室３において多大な熱負荷が発生しても、燃焼室３の周壁部３２が十分に冷却されることから、この周壁部３２の内壁面が溶融、損傷することを防止することができる。
【００５８】
ところで、このようなエキスパンダーブリードサイクル方式のエンジン１００において、周壁部３２冷却後の水素ガスにより各タービン５２、６２を効率よく駆動させるには、水素ガスが所定温度以上に温度上昇する必要がある。特に、エンジン１００の推力をより向上させる場合、燃焼器１への水素ガスの供給量を増加させる必要があり、よって、水素ガスを加圧、圧送する燃料用ターボポンプ５０のコンプレッサ５１の駆動をより速くする必要がある。このため、この水素ガスは、燃焼室３の周壁部３２を冷却する際に、所望のエンジン１００の推力に応じた所定以上の熱量を吸収する必要がある。
【００５９】
ここで、燃焼室３内を流れる燃焼ガスは、燃焼室３の内壁面において、局所的な流れとなっている。すなわち、図２に示すように、噴射面３４に形成された複数の噴出口３６のうち、最外周に形成された複数の最外周噴出口３６ａから噴射された液体酸素および水素ガスは、燃焼することにより、図６に示す複数の最外周燃焼ガス流となって、燃焼室３の内壁面に沿って流れる。このとき、複数の最外周噴出口３６ａはその間隔が広くなっているため、燃焼室３の内壁面において、複数の最外周燃焼ガス流が通過するところは流れが強くなる一方、複数の最外周燃焼ガス流が通過しないところは流れが弱くなる。これにより、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガス流の強さは不均一となる。このため、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガス流の弱いところでは、燃焼ガスと周壁部３２との熱交換を好適に行うことができず、燃焼ガスから周壁部３２への熱伝達率が低い問題があった。
【００６０】
そこで、熱伝達率を向上させるべく、図７および図８に示すように、本実施例のエンジン１００に適用される燃焼器１の燃焼室３の内壁面には、複数のガス拡散部材４０が配設されている。具体的に、複数のガス拡散部材４０は、燃焼室３の内壁面の軸方向に所定の間隔で配設した各環状フィン３８間に設けられている。すなわち、複数の環状フィン３８により形成された環状の複数の間隙３９に配設されている。また、この間隙３９において、複数のガス拡散部材４０は、燃焼室３の内壁面の周方向に並べて配設されている。
【００６１】
各ガス拡散部材４０は、三角柱形状に形成されており、その断面は、他の二辺に比して一辺が長い二等辺三角形となっている。このため、各ガス拡散部材４０の３つの側面のうち、１つの側面は他の２つの側面に比して面積が大きくなっている。そして、各ガス拡散部材４０は、面積が大きい側面を燃焼室３の内壁面に合わせると共に、内壁面から燃焼室３の内方へ向けて突出する頂部４０ａを軸方向に延在するように配設される。これにより、各ガス拡散部材４０は、頂部４０ａの中心から双方の周方向へ向けて下り斜面となっている。また、各ガス拡散部材４０の径方向における高さは、各環状フィン３８の径方向における高さに比して、低くなっている。言い換えれば、各ガス拡散部材４０の内壁面から頂部４０ａまでの高さは、各環状フィンの内壁面から内周面４１までの高さに比して、低くなっている。このとき、複数のガス拡散部材４０の頂部４０ａは、複数の最外周噴出口３６ａから燃焼室３へ向かって軸方向に噴射される複数の最外周燃焼ガス流に直交する径方向において、複数の最外周燃焼ガス流に対向するようにそれぞれ配設されている。
【００６２】
このように構成された燃焼室３の内壁面において、複数の最外周燃焼ガス流が内壁面に沿って軸方向に流れる。すると、各ガス拡散部材４０の頂部４０ａは、径方向において各最外周燃焼ガス流に対向するように配設されているため、径方向に膨張する各最外周燃焼ガス流の一部は、各ガス拡散部材４０の中心から燃焼室３の周方向へ双方に燃焼ガスを案内する。
【００６３】
以上の構成によれば、噴射面３４から燃焼室３の内壁面に沿って軸方向に流れる複数の最外周燃焼ガス流は、径方向に膨張するその一部が、各ガス拡散部材４０により、燃焼室３の内壁面の周方向へ向けて拡散する。このため、複数の最外周燃焼ガス流により、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガス流の強さが周方向において不均一であったとしても、燃焼ガス流が強いところから、燃焼ガス流の弱いところへ燃焼ガスを案内（拡散）することができる。これにより、燃焼ガスが流れにくい部分を生じさせることがなく、燃焼室３の内壁面全体で燃焼ガスと熱交換を行うことができるため、燃焼ガスから燃焼室３の周壁部３２への熱伝達率を向上させることができる。なお、実施例１では、燃焼室３の内壁面の周方向において、複数のガス拡散部材４０を並べて配設したが、所定の間隔を空けて配設しても良い。
【００６４】
次に、図９を参照して、変形例１に係る燃焼器１について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図９は、変形例１に係る複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図である。実施例１に係る燃焼器１では、各ガス拡散部材４０は三角柱形状に形成されていたが、変形例１に係る燃焼器１では、各ガス拡散部材２００は直方体形状に形成されている。
【００６５】
具体的に、各ガス拡散部材２００は、複数の環状フィン３８により形成された環状の複数の間隙３９に配設されると共に、各間隙３９において、燃焼室３の内壁面の周方向に所定の間隔で配設されている。また、各ガス拡散部材２００は、直方体形状に形成されているため、その延在方向が軸方向となるように燃焼室３の内壁面に配設される。また、実施例１と同様に、各ガス拡散部材２００の径方向における高さは、各環状フィン３８の径方向における高さに比して、低くなっており、複数のガス拡散部材２００は、複数の最外周噴出口３６ａから燃焼室３へ向かって軸方向に噴射される複数の最外周燃焼ガス流に直交する径方向において、複数の最外周燃焼ガス流に対向するようにそれぞれ配設されている。
【００６６】
このように構成された燃焼室３の内壁面において、複数の最外周燃焼ガス流が内壁面に沿って軸方向に流れる。すると、径方向において各最外周燃焼ガス流に対向するように各ガス拡散部材２００が配設されているため、径方向に膨張する各最外周燃焼ガス流の一部は、各ガス拡散部材２００の中心から燃焼室の周方向へ双方に燃焼ガスを案内する。
【００６７】
以上の構成においても、噴射面３４から燃焼室３の内壁面に沿って軸方向に流れると共に径方向に膨張する複数の最外周燃焼ガス流の一部を、燃焼室３の内壁面の周方向へ向けて拡散させることができる。このため、複数の最外周燃焼ガス流により、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガス流の強さが周方向において不均一であったとしても、燃焼ガス流が強いところから、燃焼ガス流の弱いところへ燃焼ガスを案内（拡散）することができる。これにより、燃焼ガスが流れにくい部分を生じさせることがなく、燃焼室３の内壁面全体で燃焼ガスと熱交換を行うことができるため、燃焼ガスから燃焼室３の周壁部３２への熱伝達率を向上させることができる。また、各ガス拡散部材２００を簡易に形成することができるため、燃焼器１の製造コストを抑制することができる。
【００６８】
次に、図１０を参照して、変形例２に係る燃焼器１について説明する。なお、この場合も、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図１０は、変形例２に係る複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図である。実施例１に係る燃焼器１では、各ガス拡散部材４０は三角柱形状に形成されていたが、変形例２に係る燃焼器１では、各ガス拡散部材２１０は半円柱形状に形成されている。
【００６９】
具体的に、各ガス拡散部材２１０は、複数の環状フィン３８により形成された環状の複数の間隙３９に配設されると共に、各間隙３９において、燃焼室３の内壁面の周方向に所定の間隔で配設されている。また、各ガス拡散部材２１０は、上記のように半円柱形状に形成されており、長方形の側面を燃焼室３の内壁面に合わせると共に、内壁面から燃焼室３の内方へ向けて突出する頂部２１０ａを軸方向に延在するように配設される。これにより、各ガス拡散部材２１０は、頂部２１０ａの中心から双方の周方向へ向けて下り傾斜の曲面となっている。また、実施例１と同様に、各ガス拡散部材２１０の径方向における高さは、各環状フィン３８の径方向における高さに比して、低くなっており、複数のガス拡散部材２１０の頂部２１０ａは、複数の最外周噴出口３６ａから燃焼室３へ向かって軸方向に噴射される複数の最外周燃焼ガス流に直交する径方向において、複数の最外周燃焼ガス流に対向するようにそれぞれ配設されている。
【００７０】
このように構成された燃焼室３の内壁面において、複数の最外周燃焼ガス流が内壁面に沿って軸方向に流れる。すると、径方向において各最外周燃焼ガス流に対向するように各ガス拡散部材２１０が配設されているため、径方向に膨張する各最外周燃焼ガス流の一部は、各ガス拡散部材２１０の中心から燃焼室３の周方向へ双方に燃焼ガスを案内する。
【００７１】
以上の構成においても、噴射面３４から燃焼室３の内壁面に沿って軸方向に流れると共に径方向に膨張する複数の最外周燃焼ガス流の一部を、燃焼室３の内壁面の周方向へ向けて拡散させることができる。このため、複数の最外周燃焼ガス流により、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガス流の強さが周方向において不均一であったとしても、燃焼ガス流が強いところから、燃焼ガス流の弱いところへ燃焼ガスを案内（拡散）することができる。これにより、燃焼ガスが流れにくい部分を生じさせることがなく、燃焼室３の内壁面全体で燃焼ガスと熱交換を行うことができるため、燃焼ガスから燃焼室３の周壁部３２への熱伝達率を向上させることができる。
【実施例２】
【００７２】
次に、図１１および図１２を参照して、実施例２に係る燃焼器について説明する。なお、この場合も、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図１１は、実施例２に係る燃焼器の燃焼室に設けられた複数の線状フィン周りを表した模式図であり、図１２は、実施例２に係る燃焼器の燃焼室に設けられた複数の線状フィンの周方向における部分断面図である。実施例１に係る燃焼器１では、燃焼室３の内壁面に複数の環状フィン３８を設けており、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガスを周方向に拡散すべく、各環状フィン３８間の各間隙３９に複数のガス拡散部材４０を配設したが、実施例２に係る燃焼器３０１では、燃焼室３の内壁面に複数の線状フィン３０３を設けており、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガスを周方向に拡散すべく、各線状フィン３０３に複数の切欠き部３０５を形成している。
【００７３】
具体的に、図１１に示すように、周壁部３２の内壁面には、複数の線状フィン３０３が設けられている。各線状フィン３０３は、周壁部３２の内壁面の軸方向に延在して線状に形成され、軸方向に直交する周壁部３２の周方向に所定の間隔で配設されている。このため、各線状フィン３０３間には、軸方向に延在する複数の間隙３０６が形成される。
【００７４】
ここで、複数の最外周噴出口３６ａから噴射された液体酸素および水素ガスは、複数の最外周燃焼ガス流となって、燃焼室３の内壁面に沿って流れる。このとき、複数の最外周噴出口３６ａはその間隔が広くなっているため、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガス流が強いところと弱いところが発生し、燃焼ガス流の強さが不均一となる。つまり、燃焼室３の内壁面に形成された上記の複数の間隙３０６のうち、最外周燃焼ガス流が通過する間隙（以下、第１間隙３０６ａという）と最外周燃焼ガス流が通過しにくい間隙（以下、第２間隙３０６ｂという）とが生ずる。このため、燃焼室３の内壁面において、最外周燃焼ガス流の弱いところでは、燃焼ガスと周壁部３２との熱交換を好適に行うことができず、燃焼ガスから周壁部３２への熱伝達率が低くなる問題がある。
【００７５】
そこで、熱伝達率を向上させるべく、図１１および図１２に示すように、複数の線状フィン３０３には、複数の切欠き部３０５が形成されている。具体的に、複数の線状フィン３０３の一部である４つの線状フィン３０３を例にして説明するに、燃焼室３の内壁面に設けられた４つの線状フィン３０３は、各線状フィン３０３間に３つの間隙３０６を形成している。この３つの間隙３０６のうち、中央の間隙は、径方向において最外周燃焼ガス流と対向しており、最外周燃焼ガス流が流れやすい間隙（第１間隙３０６ａ）となっている。一方、中央の間隙を挟んだ両側の２つの間隙は、径方向において最外周燃焼ガス流と対向しておらず、最外周燃焼ガス流が流れにくい間隙（第２間隙３０６ｂ）となっている。
【００７６】
そして、各切欠き部３０５は、第１間隙３０６ａから２つの第２間隙３０６ｂへ向けて、最外周燃焼ガス流が好適に流れるよう、第１間隙３０６ａと第２間隙３０６ｂとを連通するように、各線状フィン３０３に複数形成されている。このとき、各切欠き部３０５は、最外周燃焼ガス流を第１間隙３０６ａから第２間隙３０６ｂへ好適に案内することができるように、第１間隙３０６ａと第２間隙３０６ｂとの連通方向を、燃焼室３の周方向に対し適宜傾斜させている。すなわち、各切欠き部３０５は、第１間隙３０６ａから第２間隙３０６ｂへ向けて、軸方向に流れる最外周燃焼ガス流の上流側から下流側へ傾斜するように形成されている。
【００７７】
以上の構成によれば、噴射面３４から燃焼室３の第１間隙３０６ａに沿って軸方向に流れる最外周燃焼ガス流の一部を、燃焼室の第２間隙３０６ｂに流入させることができる。このため、複数の最外周燃焼ガス流により、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガス流の強さが周方向において不均一であったとしても、燃焼ガス流の強いところから、燃焼ガス流の弱いところへ燃焼ガスを案内（拡散）することができる。これにより、燃焼ガスが流れにくい部分を生じさせることがなく、燃焼室３の内壁面全体で燃焼ガスと熱交換を行うことができるため、燃焼ガスから燃焼室３の周壁部３２への熱伝達率を向上させることができる。
【実施例３】
【００７８】
次に、図１３を参照して、実施例３に係る燃焼器４０１について説明する。なお、この場合も、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図１３は、実施例３に係る燃焼器の燃焼室に設けられたガス拡散ガイド部周りを表した模式図である。実施例１に係る燃焼器１では、燃焼室３の内壁面に複数の環状フィン３８を設けており、燃焼室３の内壁面において、燃焼ガスを周方向に拡散すべく、各環状フィン３８間の各間隙３９に複数のガス拡散部材４０を配設したが、実施例３に係る燃焼器４０１では、噴射面３４と複数の環状フィン３８との間の周壁部３２の内壁面にガス拡散ガイド部４０３を設けている。
【００７９】
具体的に、ガス拡散ガイド部４０３は、複数の最外周噴出口３６ａから燃焼室３へ向かって軸方向に流れる複数の最外周燃焼ガス流を、噴射面３４から複数の環状フィン３８までの間に、周方向に拡散させるように案内するものである。ガス拡散ガイド部４０３は、複数の最外周噴出口３６ａに応じて設けられた複数の燃焼ガスガイド４０４から構成されており、各燃焼ガスガイド４０４は、噴射面３４側から環状フィン３８側へ向けて肉薄となるように形成されると共に、噴射面３４側の断面が平凹レンズ形状に形成される。
【００８０】
このように構成された燃焼室３の内壁面において、複数の最外周燃焼ガス流が内壁面に沿って軸方向に流れる。すると、径方向に膨張する各最外周燃焼ガス流の一部が、各燃焼ガスガイド４０４にガイドされて周方向に拡散する。このため、複数の環状フィン３８に流入する前に、燃焼室３の内壁面に沿って流れる各最外周燃焼ガス流の流れの強さは均一化する。これにより、燃焼ガスが流れにくい部分を生じさせることがなく、燃焼室３の内壁面全体で燃焼ガスと熱交換を行うことができるため、燃焼ガスから燃焼室３の周壁部３２への熱伝達率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明にかかる燃焼器は、ロケットエンジンに適用する場合に有用であり、特に、燃焼ガスと燃焼室の周壁部との間で熱交換を行う場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施例１に係る燃焼器が適用されたロケットエンジンの概略配管系統図である。
【図２】実施例１に係る燃焼器の概略構成を示す模式的斜視図である。
【図３】実施例１に係る燃焼器に用いられる噴射器の概略構成を示す模式的斜視図である。
【図４】実施例１に係る燃焼器に用いられる噴射器の概略構成を示す模式的断面図である。
【図５】燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図である。
【図６】燃焼室の周壁部の軸方向における部分断面図である。
【図７】複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の軸方向における部分断面図である。
【図８】複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図である。
【図９】変形例１に係る複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図である。
【図１０】変形例２に係る複数のガス拡散部材が設けられた燃焼室の周壁部の径方向における部分断面図である。
【図１１】実施例２に係る燃焼器の燃焼室に設けられた複数の線状フィン周りを表した模式図である。
【図１２】実施例２に係る燃焼器の燃焼室に設けられた複数の線状フィンの周方向における部分断面図である。
【図１３】実施例３に係る燃焼器の燃焼室に設けられたガス拡散ガイド部周りを表した模式図である。
【符号の説明】
【００８３】
１        燃焼器
２        噴射器
３        燃焼室
４        ノズル
２１      ＬＯｘポスト
２２      スリーブ
２３      ＬＯｘ流路
２５      スリーブ取付部
２６      凹部
２７      ＧＨ2流路
２８      導入口
３１      燃料噴射部
３２      周壁部
３２ａ    壁面内筒
３２ｂ    中間層
３２ｃ    壁面外筒
３３      冷却通路
３３ａ    入口マニホールド
３３ｂ    出口マニホールド
３４      噴射面
３６      噴出口
３６ａ    最外周噴出口
３８      環状フィン
３９      間隙
４０      ガス拡散部材
４０ａ    頂部
４１      環状フィンの内周面
５０      燃料用ターボポンプ
５１，６１    コンプレッサ
５２，６２    タービン
６０      酸化剤用ターボポンプ
７０      ミキサ
８０      点火器
９０      燃料供給ライン
９１      酸化剤供給ライン
９２      冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン
１００    ロケットエンジン
２００    ガス拡散部材（変形例１）
２１０    ガス拡散部材（変形例２）
２１０ａ    頂部（変形例２）
３０１    燃焼器（実施例２）
３０３    線状フィン
３０５    切欠き部
３０６    間隙
３０６ａ  第１間隙
３０６ｂ  第２間隙
４０１    燃焼器（実施例３）
４０３    ガス拡散ガイド部
４０４    燃焼ガスガイド
【図１】
2009209862.tif 000003
【図２】
2009209862.tif 000004
【図３】
2009209862.tif 000005
【図４】
2009209862.tif 000006
【図５】
2009209862.tif 000007
【図６】
2009209862.tif 000008
【図７】
2009209862.tif 000009
【図８】
2009209862.tif 000010
【図９】
2009209862.tif 000011
【図１０】
2009209862.tif 000012
【図１１】
2009209862.tif 000013
【図１２】
2009209862.tif 000014
【図１３】
2009209862.tif 000015