JP2008517199A - レジストジェット - Google Patents

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Abstract

加熱領域(20)を具備してなるレジストジェット(1)であって、その放出前に加熱するため推進流体(4)は加熱領域(20)を通過するようになっており、加熱領域(20)は電力源(22)から電力の供給を受ける。本発明によれば電力源(22)は、熱交換器(10)に対して配置された光電池(24)を具備してなり、推進流体(4)は、それが加熱領域(20)に達する前に熱交換器(10)を通過するよう構成されている。本発明は宇宙船推進手段の分野において有用である。

Description

本発明は、概して言うと、推進流体を、その排出速度を増大させるために加熱するための電気式加熱セクションを公知の様式で具備してなる電熱型スラスターに関する。
本発明は、たとえば宇宙空間移動モジュールなどの宇宙船用推進システムの分野に特有の用途が存在するが、決して当該用途に限定されるものではない。
上述したように、公知の電熱型スラスター(レジストジェット(resistojet)型、アークジェット(arcjet)型)では、たとえば水素、アンモニアあるいはその他好適な流体などの推進流体を加熱するのに電力を利用し、その排出速度の増大を確実なものとする、加熱され、高圧となった推進流体を得ている。
レジストジェット型およびアークジェット型の電熱型スラスターは従来公知であり、前者は、そこを推進流体が流れる加熱フィラメントを使用する加熱セクションを有し、一方、後者のタイプは、電流アークを通過させることによって推進流体を加熱する加熱セクションを備える。
いずれの例でも、加熱セクションに電力を供給する搭載電力源は概して複雑であり、たいていは電熱型スラスターアセンブリの低い全体効率(収率)の原因となっている。
本発明の目的は、それゆえ、その構造によって従来形態の効率に比べて全体効率が改善される電熱型スラスターを提供することである。
このため本発明の対象は電熱型スラスターであり、このものは電力源から電力の供給を受ける加熱セクションを具備してなり、放出前に推進流体を加熱できるよう推進流体が加熱セクションを通過するようになっている。本発明によれば、この電力源は熱交換器上に配置された光電池を具備してなり、推進流体は、それが加熱セクションに達する前に、熱交換器を通過する。
有利なことには、本発明の電熱型スラスターにおいては、光電池と関係付けられた熱交換器は電池の加熱を抑えることを可能とし、したがって、熱損失を再生することによって、この光電池の満足できる効率(収率)を保証する。それゆえ、電池の加熱に係るこの実現可能な大幅な制限によって、電池の効率低下を伴わずに、たとえばミラーを用いて、その上に太陽光を集中させることができる小さな光電池表面の利用が可能となる。これは、太陽電池は、その温度が最高使用温度以下に維持される限り、効率損失を伴わず、しかも非常に高い集中率で、入力流に比例する電流を出力する、という事実によって明らかに説明できる。
さらに、低下する電池効率の実現可能な制限はまた、低コスト技術による光電池の選択的使用を可能とする。
また、熱交換器内を循環する推進流体は、スラスターから排出される前に加熱セクションを通過させられることになるプロペラントと同じものであるので、当該推進流体はそれゆえ加熱セクション(「チャンバー」とも呼ばれる)に到達する前に有利なことに交換器によって予熱されることは明らかである。
それゆえ、上記観点から、従来形態の効率に比べて、電熱型スラスターの全体効率を、かなりの程度改善できることは容易に理解できる。
また、本発明のスラスターがレジストジェット型のものであっても、あるいはアークジェット型のものであっても、達成される全体効率は従来技術において公知の太陽熱スラスターを用いた場合に観察されるそれと同一または同等とすることができ、このスラスターは、レシーバー‐交換器‐アキュムレーター型(その技術はそれほど確立されたものではない)のコストの掛かる複雑なアセンブリを必要としない。
上述したように、加熱セクションの電力需要に適応した電力を得るために、電力源はまた、光電池と関係付けられた太陽光集中装置を具備してなることが好ましく、ミラー型のこの集光装置は好ましくは膨脹式構造体の形態である。
好ましくは、光電池は、熱交換器の外面上に、好ましくは接着によって搭載される。
本発明のその他の利点および特徴は、以下の非限定的な説明から明らかになるであろう。
図１を参照すると電熱型スラスター１が概念的に示されているが、本発明の好ましい実施形態によれば、このスラスター１はレジストジェットエンジン型のものであっても、あるいはアークジェットエンジン型のものであってもよい。
スラスター１はまず、推進流体すなわちプロペラント(推進剤)４のタンク２を具備してなるが、この推進流体は、スラスター１の下流側端部を形成する排出ノズル８から放出されるまで、矢印６で示す推進流体の主流動方向に、スラスターアセンブリ１を通過するようになっている。
タンク２は熱交換器１０に対して下流で、さらに正確にはその一部であってかつ当該交換器１０の中央交換器部分１４の方向に推進流体４を誘導するよう構成された上流側コレクター１２に対して接続されている。この点に関して、中央交換器部分１４の外面１６の温度を最大限に均一なものとするために、熱交換器１０は、実際には、二つの逆向き交換器から形成できることに留意されたい。この中央交換器部分１４は、好ましくは、(以下でより詳しく説明するように)外面１６に配された光電池に見られる温度を均一にするための高い伝導性の素材の層を含むか否かに関わらず、可変ステッチ間隔を備えた素材で形成される。実例として言うと、中央交換器部分１４は、仏国特許出願公開第2 836 690号明細書(FR-A-2 836 690)に開示されたとおりに製造される。
この中央交換器部分１４は交換器１０の下流側コレクター１８に対して接続されており、この下流側コレクター１８自体は、本スラスターの加熱セクション２０に対して接続されているが、このスラスターの構造(これは当業者には公知である)は、検討中のスラスターの形式(レジストジェット型／アークジェット型)に依存する。
したがって推進流体４(たとえば水素、アンモニアあるいはその他)は下流側コネクター１８を出て、加熱セクション２０に流入し、この加熱セクション２０から取り出される前に排出ノズル８に到達し、推進流体４は排出ノズル８から、したがってスラスター１から極めて高速で放出される。
本発明の特徴の一つは、加熱セクション２０に電力を供給する搭載電力源が、交換器１０の中央交換器部分１４の外面１６上に配設された光電池２４を具備してなるという事実に見出される。
さらに正確に言うと、光電池２４(太陽電池と呼ばれる)は、好ましくは、複数の太陽電池パネル２６に配置されるか、あるいはこの外面１６に接着された太陽電池のパネルに配置され、後者の面は好ましくは平坦であるか、あるいは当業者には公知の熱交換器に見出される他の形態である。この点に関して、この熱交換器は、外面１６を一様な温度であってかつ電池２４の最高使用温度以下で維持するよう設計されることが特筆される。
太陽電池２４に関して、電力源２２はまた、好ましくは(任意選択でフレネルレンズを備えた)ミラーを備えた膨脹式構造体の形態の太陽光集中装置２８を具備してなる。このタイプの太陽光集中装置２８(やはり当業者には公知である)は、それゆえ、太陽電池２４の方向に光を反射するよう配置構成され、そしてこれによって当該電池によって捕らえられる太陽光の流れを著しく増大させることが可能となる。
それゆえ、この電熱型スラスター１に関しては、交換器１０の中央交換器部分１４を通って循環する推進流体４によって太陽電池２４が確実に冷却され、したがってその電気的出力は一定の効率で増大し、一方、この推進流体４は、太陽電池２４が発する熱で予め加熱された後、続いて、加熱セクション２０の流入部に到達できることを理解されたい。
当業者にとっては、非限定的実例としていま説明した電熱型スラスター１に対して、さまざまな変更を施すことが可能であることは明白である。
本発明の好ましい実施形態による電熱型スラスターの概略側面図である。
符号の説明
１ 電熱型スラスター
２ タンク
４ 推進流体
８ 排出ノズル
１０ 熱交換器
１２ 上流側コレクター
１４ 中央交換器部分
１６ 外面
１８ 下流側コレクター
２０ 加熱セクション
２２ 電力源
２４ 光電池
２６ 太陽電池パネル
２８ 太陽光集中装置

Claims (7)

  1. 加熱セクション(２０)を具備してなる電熱型スラスター(１)であって、
    前記加熱セクション(２０)は電力源(２２)から電力の供給を受けると共に、放出前に推進流体(４)を加熱できるよう推進流体(４)が前記加熱セクション(２０)を通過するようになっており、
    前記電力源(２２)は熱交換器(１０)の上に配置された光電池(２４)を具備してなり、推進流体(４)は、前記加熱セクション(２０)に達する前に、前記熱交換器(１０)を通過するよう構成されていることを特徴とする電熱型スラスター(１)。
  2. 前記電力源(２２)は、前記光電池(２４)と関係付けられた太陽光集中装置(２８)をさらに具備してなることを特徴とする請求項１に記載の電熱型スラスター(１)。
  3. 前記光電池(２４)と関係付けられた前記太陽光集中装置(２８)は膨脹式構造体であることを特徴とする請求項２に記載の電熱型スラスター(１)。
  4. 前記光電池(２４)は、前記熱交換器(１０)の外面(１６)上に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電熱型スラスター(１)。
  5. 前記光電池(２４)は、接着によって、前記外面(１６)上に搭載されていることを特徴とする請求項４に記載の電熱型スラスター(１)。
  6. レジストジェット型のものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電熱型スラスター(１)。
  7. アークジェット型のものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電熱型スラスター(１)。
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