JP2000248994A - ロケットエンジンの推薬加圧装置 - Google Patents

ロケットエンジンの推薬加圧装置

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JP2000248994A
JP2000248994A JP11052459A JP5245999A JP2000248994A JP 2000248994 A JP2000248994 A JP 2000248994A JP 11052459 A JP11052459 A JP 11052459A JP 5245999 A JP5245999 A JP 5245999A JP 2000248994 A JP2000248994 A JP 2000248994A
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pressure gas
pressurized gas
pressure
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Shinichiro Ishizaki
真一郎 石崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない加圧ガスで推薬を所定の圧力で加圧で
き、かつ加圧ガス系統のデバイス類の温度低下を抑制で
き、これにより加圧ガスタンクの容量及び重量を大幅に
低減でき、かつデバイス類のコストを削減できるロケッ
トエンジンの推薬加圧装置を提供する。 【解決手段】 加圧ガスを所定の圧力に調圧して供給す
る調圧弁12と、調圧された加圧ガスをロケットエンジ
ンの燃焼熱で間接加熱する熱交換器14と、加熱された
加圧ガスの温度を所定の温度に調節する温度調節器16
と、温度調節された加圧ガスを推薬タンクに供給する加
圧ガスライン18とを備え、低温(例えば−100℃)
の加圧ガスを所定の温度(例えば100℃)まで加熱
し、加圧ガスの容積をほぼ2倍以上に膨張させ、これを
所定の温度(70〜80℃)に調節して推薬タンクに供
給することにより、従来の半分程度の加圧ガスで推薬を
加圧する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、調圧加圧式ロケッ
トに係わり、更に詳しくは、ロケットエンジンの推薬加
圧装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の調圧加圧式ロケットの推
進系の全体外形図である。この図において、1はロケッ
トエンジン、2は燃料タンク、3は酸化剤タンク、4は
加圧ガスタンクである。燃料と酸化剤には例えば液化メ
タンと液化酸素が用いられ、これらを約18〜20at
mに調圧した加圧ガス(例えばヘリウムガス)で加圧し
て、エンジン1に供給し燃焼させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した調圧加圧式の
ロケット推進系では、液体状態の推薬と相違し加圧ガス
を高圧タンク内に保有するため、加圧ガスタンクの容量
及び重量が非常に大きくなり、例えば静止トランスファ
ー軌道へ1t級衛星打上げの場合、約450kg前後を
占めるている。また、調圧加圧式の場合、高圧ガスを約
18〜20atmまで減圧する際に、いわゆる断熱膨張
(ブローダウン効果)により、約−100℃前後の低温
までガス温度が低下することがあり、この低温に耐える
ための弁類などのデバイス類が特殊仕様となり、コスト
増の要因となっている。
【0004】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、少な
い加圧ガスで推薬を所定の圧力で加圧でき、かつ加圧ガ
ス系統のデバイス類の温度低下を抑制でき、これにより
加圧ガスタンクの容量及び重量を大幅に低減でき、かつ
デバイス類のコストを削減できるロケットエンジンの推
薬加圧装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、加圧ガ
スを所定の圧力に調圧して供給する調圧弁(12)と、
調圧された加圧ガスをロケットエンジンの燃焼熱で間接
加熱する熱交換器(14)と、加熱された加圧ガスの温
度を所定の温度に調節する温度調節器(16)と、温度
調節された加圧ガスを推薬タンクに供給する加圧ガスラ
イン(18)と、を備えたことを特徴とするロケットエ
ンジンの推薬加圧装置が提供される。
【0006】上記本発明の構成によれば、熱交換器(1
4)により、低温(例えば−100℃)の加圧ガスを所
定の温度(例えば100℃)まで加熱して、加圧ガスの
容積をほぼ2倍以上に膨張させることができる。従っ
て、これを温度調節器(16)で所定の温度(例えば7
0〜80℃)に調節し、加圧ガスライン(18)で推薬
タンクに供給することにより、従来の半分程度の加圧ガ
スで推薬を加圧することができる。
【0007】また、調圧弁(12)における断熱膨張
(ブローダウン効果)により、約−100℃前後の低温
までガス温度が低下しても、熱交換器(14)により所
定の温度(例えば100℃)まで加熱するので、加圧ガ
ス系統のデバイス類の使用最低温度を所定の温度に設定
でき、安価な標準使用のデバイス類を使用できコスト低
減が可能となる。
【0008】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
熱交換器(14)は、ロケットエンジンのエンジン壁面
に設置された伝熱管である。この構成により、簡単な構
造で加圧ガスの間接加熱ができ、かつロケットエンジン
の熱負荷を軽減することができる。
【0009】また、前記温度調節器(16)は、熱交換
器(14)をバイパスするバイパスラインに設けられた
流量調節手段である。この構成により流量調節手段によ
りバイパスラインの流量を調節して、推薬タンクに供給
する加圧ガスの温度を容易に調節することができる。
【0010】流量調節手段は、開閉弁と流量調整用オリ
フィスの組合せ、又は流量調整弁であるのがよい。開閉
弁と流量調整用オリフィスの組合せのバイパスラインを
複数設置することにより、開閉弁の開閉(ON/OF
F)だけできめ細やかな温度調節ができる。また、流量
調整弁を用いることにより、単一の流量調整弁の弁開度
で精密な温度調節ができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図1は、本発明による推薬加圧装置を備えた調圧加
圧式ロケットの推進系系統図である。この図において、
本発明のロケットエンジンの推薬加圧装置10は、調圧
弁12、熱交換器14、温度調節器16、及び加圧ガス
ライン18を備える。
【0012】調圧弁12は、加圧ガスタンク4に高圧で
保管された加圧ガス(例えばヘリウムガス)を所定の圧
力(約18〜20atm)に調圧してエンジン側に供給
する。
【0013】熱交換器14は、ロケットエンジン1のエ
ンジン壁面に設置された伝熱管であり、調圧弁12で調
圧された加圧ガスをロケットエンジンの燃焼熱で間接加
熱して所定の温度(例えば100℃)まで加熱する。な
お、熱交換器14は別の構成、例えばプレートフィン型
の熱交換器であってもよい。
【0014】温度調節器16は、この例では、熱交換器
14をバイパスする複数のバイパスライン17に設けら
れた開閉弁16aと流量調整用オリフィス16bの組合
せであり、開閉弁16aの開閉(ON/OFF)だけで
きめ細やかな温度調節をするようになっている。なお、
流量調節手段として、単一のバイパスラインに流量調整
弁を備えて、加熱された加圧ガスの温度を所定の温度
(例えば70〜80℃)に調節してもよい。この構成に
より、単一の流量調整弁の弁開度で精密な温度調節がで
きる。
【0015】加圧ガスライン18は、熱交換器14及び
温度調節器16の出口から推薬タンク(燃料タンク2と
酸化剤タンク3)を結ぶラインであり、温度調節された
加圧ガスを推薬タンクに供給してこれを所定の圧力に加
圧するようになっている。
【0016】加圧ガスライン18から供給された加圧ガ
スにより、燃料タンク2及び酸化剤タンク3の燃料と酸
化剤(例えば液化メタンと液化酸素)は、液体状態のま
まエンジン1に供給され、ここで蒸発・燃焼して高温
(例えば約2000℃)の燃焼ガスを噴射し、ロケット
エンジンを推進させる。またこの高温により上述した熱
交換器14(伝熱管)により、加圧ガスが間接加熱され
ると共に、エンジン壁面の熱負荷が低減される。なお、
エンジン1に供給される推薬の一部でエンジンを冷却す
るように構成してもよい。
【0017】上述した本発明の構成によれば、熱交換器
14により、低温(例えば−100℃)の加圧ガスを所
定の温度(例えば100℃)まで加熱して、加圧ガスの
容積をほぼ2倍以上に膨張させることができる。従っ
て、これを温度調節器16で所定の温度(例えば70〜
80℃)に調節し、加圧ガスライン18で推薬タンクに
供給することにより、従来の半分程度の加圧ガスで推薬
を加圧することができる。
【0018】また、調圧弁12における断熱膨張(ブロ
ーダウン効果)により、約−100℃前後の低温までガ
ス温度が低下しても、熱交換器14により所定の温度
(例えば100℃)まで加熱するので、加圧ガス系統の
デバイス類の使用最低温度を所定の温度に設定でき、安
価な標準使用のデバイス類を使用できコスト低減が可能
となる。
【0019】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【0020】
【発明の効果】上述したように、調圧加圧式ロケット推
進系においては、推薬供給に必要な加圧ガスの量を極力
小さくすることで、加圧ガス保管タンクの体積を抑え、
重量面で大きなメリットを得ることができる。すなわ
ち、本発明を調圧加圧方式のロケット推進系に採用する
ことにより、加圧ガス量を約30%程度削減可能であ
る。これをロケットのペイロード重量に換算すると約1
0〜20%(約100〜200kg、静止トランスファ
ー軌道へ1t級衛星打上げの場合)となり、ロケット打
ち上げ能力上大きなメリットとなる。
【0021】また、調圧加圧方式の場合、ガスタンクの
ブローダウン効果により、最悪−100℃までガス温度
が低下し、低温に耐えるためのデバイス類(弁類など)
の選定が大きなコスト増の要因となっていたが、本発明
の採用により、ガス温度を常温付近にコントロールする
ことが可能になり、低価格の民生品を利用して大幅なコ
ストダウンが期待できる。
【0022】従って、本発明のロケットエンジンの推薬
加圧装置は、少ない加圧ガスで推薬を所定の圧力で加圧
でき、かつ加圧ガス系統のデバイス類の温度低下を抑制
でき、これにより加圧ガスタンクの容量及び重量を大幅
に低減でき、かつデバイス類のコストを削減できる、等
の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による推薬加圧装置を備えた調圧加圧式
ロケットの推進系系統図である。
【図2】従来の調圧加圧式ロケットの推進系の全体外形
図である。
【符号の説明】
1 ロケットエンジン 2 燃料タンク 3 酸化剤タンク 4 加圧ガスタンク 10 推薬加圧装置 12 調圧弁 14 熱交換器 16 温度調節器 18 加圧ガスライン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧ガスを所定の圧力に調圧して供給す
    る調圧弁(12)と、調圧された加圧ガスをロケットエ
    ンジンの燃焼熱で間接加熱する熱交換器(14)と、加
    熱された加圧ガスの温度を所定の温度に調節する温度調
    節器(16)と、温度調節された加圧ガスを推薬タンク
    に供給する加圧ガスライン(18)と、を備えたことを
    特徴とするロケットエンジンの推薬加圧装置。
  2. 【請求項2】 前記熱交換器(14)は、ロケットエン
    ジンのエンジン壁面に設置された伝熱管である、ことを
    特徴とする請求項1に記載のロケットエンジンの推薬加
    圧装置。
  3. 【請求項3】 前記温度調節器(16)は、熱交換器
    (14)をバイパスするバイパスラインに設けられた流
    量調節手段である、ことを特徴とする請求項1に記載の
    ロケットエンジンの推薬加圧装置。
  4. 【請求項4】 流量調節手段は、開閉弁と流量調整用オ
    リフィスの組合せ、又は流量調整弁である、ことを特徴
    とする請求項3に記載のロケットエンジンの推薬加圧装
    置。
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