JP2009293525A - Filter device for propellant tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タンク内の推薬を加圧ガスまたはポンプで排出し、推薬供給管を介して下方に供給する推薬タンクのフィルタ装置に関する。 The present invention relates to a propellant tank filter device that discharges propellant in a tank by a pressurized gas or a pump and supplies the propellant downward through a propellant supply pipe.
推薬タンクとは、タンク内の推薬(液体推進薬、液体燃料、液体酸化剤、等)を加圧ガスまたはポンプで排出し、配管を介してエンジンやスラスタに供給する方式の推薬タンクをいう。以下、本出願において、推薬とは、液体推進薬、液体燃料、液体酸化剤、等を意味する。 The propellant tank is a propellant tank that discharges propellant (liquid propellant, liquid fuel, liquid oxidant, etc.) in the tank with pressurized gas or pump and supplies it to the engine or thruster via piping. Say. Hereinafter, in this application, propellant means liquid propellant, liquid fuel, liquid oxidant, and the like.
推薬タンクを使用するロケットエンジンでは、推薬を保有するタンクの排出口に、下流のロケットエンジンにゴミを供給しないために、フィルタが一般に装着される。
また、特にタンク下部にフィルタを装着した場合、下方の配管内で発生した気泡が上昇してフィルタに捕捉され、推薬を流した時に、ロケットエンジンに気泡が流入して、性能を低下させ、或いは損傷を与えるおそれがある。
そのため、推薬中の気泡を効率よく除去する必要がある。
In a rocket engine using a propellant tank, a filter is generally attached to the discharge port of the tank holding the propellant so as not to supply dust to the downstream rocket engine.
Also, especially when a filter is installed at the bottom of the tank, bubbles generated in the lower pipe rise and are captured by the filter, and when propellant flows, the bubbles flow into the rocket engine, reducing performance. Or there is a risk of damage.
Therefore, it is necessary to efficiently remove bubbles in the propellant.
液体中の気泡を除去するために、例えば、特許文献1,2の手段が既に提案されている。
In order to remove bubbles in the liquid, for example, the means of
特許文献1は、微小重力環境下において液体中に混入した気泡のみを効果的に分離除去することを目的とする。
そのため、特許文献1の装置は、宇宙空間等の微小重力環境下で使用される熱制御系ループに接続され、該熱制御系ループの液体内に混入した気泡を除去するための微小重力環境用気泡除去装置において、図3に示すように、樽型をした筒体ケーシング57端部に、上記熱制御系ループ内の気液混合液体を導入して旋回流を与えるべく、その接線方向に気液混合液体導入管58を接続し、上記筒体ケーシング57内軸心部に、分離された気体を吸引すべく、その長さ方向に沿って疎水性の中空糸膜管51を設けると共に、該中空糸膜管51の先端部を閉塞し後端部に吸引手段を設けたものである。
Patent Document 1 aims to effectively separate and remove only bubbles mixed in a liquid in a microgravity environment.
Therefore, the apparatus of Patent Document 1 is connected to a thermal control system loop used in a microgravity environment such as outer space, and is used for a microgravity environment for removing bubbles mixed in the liquid of the thermal control system loop. In the bubble removing device, as shown in FIG. 3, the gas-liquid mixed liquid in the thermal control system loop is introduced into the end of the barrel-shaped
特許文献2は、容器内の液体から気泡を確実に分離して、液体のみを取り出すことを目的とする。
そのため、特許文献2の装置は、図4に示すように、互いに極性の異なる勾配電界発生用電極61,62間に液体63を供給すると、勾配電界発生用電極61,62間に発生された勾配電界64によって、流体容器内の液体63に混入された気泡65が誘電分極され、誘電分極された気泡65に誘電泳動力が作用して、気泡65が弱電界部側へ移動されて、液体63から分離されるので、弱電界部66側に設けられた気体排出口から気体を外部へ排出させ、強電界部67側に設けられた液体排出口から気泡除去液を外部へ排出させるものである。
Therefore, as shown in FIG. 4, when the
図5は、従来の推薬タンクのフィルタ装置の構成図の例であり、(A)はタンク下部の縦断面図、(B)はそのB−B矢視図である。
図5(A)において、71はタンク内の推薬、72はタンク内に封入又は供給された加圧ガス、73は推薬タンク、74は推薬取出部、75はロケットエンジンへの推薬供給管、76は渦防止板、77はフィルタ装置、78はフィルタ取付リングである。
渦防止板76は、推薬71の液面が低いときに、供給管75を中心とする渦の発生を防止する機能を有する。
FIG. 5 is an example of a configuration diagram of a filter device for a conventional propellant tank, in which (A) is a longitudinal sectional view of the lower portion of the tank, and (B) is a view taken along the line BB.
In FIG. 5A, 71 is a propellant in the tank, 72 is a pressurized gas sealed or supplied in the tank, 73 is a propellant tank, 74 is a propellant take-out portion, and 75 is a propellant to the rocket engine. A supply pipe, 76 is a vortex prevention plate, 77 is a filter device, and 78 is a filter mounting ring.
The
図5(B)に示すように、フィルタ装置77は、中央に開口を有する円板状部材であり、中央部にフィルタ77aが取り付けられ、外縁部はフィルタ取付リング78に密着して取り付けられる。フィルタ77aは、開口寸法の小さいメッシュからなり、ここを通過する推薬中のゴミを除去する機能を有する。
フィルタ装置77の外周部には、複数のガス抜き穴77bが設けられ、この穴を通してフィルタに捕捉された気泡を上方に逃がす機能を有する。
As shown in FIG. 5B, the
A plurality of
しかし、上述した従来のフィルタ装置は、推薬の一部がガス抜き穴を通過することが避けられず、この液体に含まれるゴミがロケットエンジンに供給され、エンジンの性能を低下させ、或いは損傷を与えるおそれがあった。 However, in the conventional filter device described above, it is inevitable that a part of the propellant passes through the vent hole, and the dust contained in this liquid is supplied to the rocket engine, which deteriorates the performance of the engine or damages it. There was a risk of giving.
本発明は、上述した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、推薬に含まれるゴミを確実に除去して下方に供給でき、かつ下方から上昇する気泡をゴミの混入を回避して確実に上方に逃がすことができ、これにより、気泡の滞留によるフィルタ性能の低下と、気泡およびゴミによるエンジン性能の低下を防止することができる推薬タンクのフィルタ装置を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to reliably remove the dust contained in the propellant and supply it downward, and to prevent the bubbles rising from below from escaping and reliably escape upward. Another object of the present invention is to provide a filter device for a propellant tank that can prevent a decrease in filter performance due to the retention of bubbles and a decrease in engine performance due to bubbles and dust.
本発明によれば、推薬を内部に保有するタンクと、該タンク下部から下方に延びる推薬供給管とを有し、タンク内の推薬を加圧ガスまたはポンプで排出し、推薬供給管を介して下方に供給する推薬タンクのフィルタ装置であって、
前記推薬供給管の上端開口より上方のタンク下部に外縁部が水密に固定され、中央部に推薬中のゴミを除去するフィルタを有し、該フィルタの一部にこれを貫通する貫通穴を有するフィルタ板と、
下端が前記貫通穴に水密に取り付けられ、ほぼ鉛直に上方に延び、上端がフィルタ上面から所定の高さに水平に位置する中空筒状のベントポートと、
該ベントポートの上方に所定の隙間を隔てて位置しフィルタ全面を覆うほぼ水平な渦防止板とを備えた、ことを特徴とする推薬タンクのフィルタ装置が提供される。
According to the present invention, it has a tank that holds propellant inside and a propellant supply pipe that extends downward from the lower part of the tank, and the propellant in the tank is discharged by pressurized gas or a pump, A filter device for a propellant tank to be supplied downward through a pipe,
The outer edge is fixed to the tank lower part above the upper end opening of the propellant supply pipe in a watertight manner, and has a filter for removing dust in the propellant at the center, and a through-hole penetrating through this part of the filter A filter plate having
A hollow cylindrical vent port whose lower end is attached to the through hole in a watertight manner, extends substantially vertically upward, and whose upper end is positioned horizontally at a predetermined height from the upper surface of the filter,
There is provided a propellant tank filter device comprising a substantially horizontal vortex prevention plate located above the vent port with a predetermined gap and covering the entire filter surface.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ベントポートの所定の高さは、フィルタ上面から水平な上端までの推薬の静圧がフィルタの通過抵抗よりも大きくなるように設定されている。 According to a preferred embodiment of the present invention, the predetermined height of the vent port is set so that the static pressure of the propellant from the upper surface of the filter to the horizontal upper end is larger than the passage resistance of the filter.
また、前記ベントポートの内径は、内部を上昇する気泡により推薬の上昇流が形成される大きさに設定されている。 Further, the inner diameter of the vent port is set to a size such that an upward flow of propellant is formed by bubbles rising inside.
さらに、前記渦防止板の所定の隙間は、そこを通過する推薬の圧力損失がフィルタの通過抵抗よりも大きくなるように設定されている。 Further, the predetermined gap of the vortex preventing plate is set so that the pressure loss of the propellant passing therethrough is larger than the passage resistance of the filter.
上記本発明の構成によれば、中空筒状のベントポートの水平な上端がフィルタ上面から所定の高さ(例えば、フィルタ上面から上端までの推薬の静圧がフィルタの通過抵抗よりも大きくなる高さ)に位置するので、ベントポートに向かう推薬の流れは発生せず、ベントポートを下方に通過する推薬は発生しない。
従って、下方に供給される推薬はすべてフィルタを通過するので、推薬に含まれるゴミを確実に除去して下方に供給できる。
また、中空筒状のベントポートの下端がフィルタの貫通穴に水密に取り付けられ、ほぼ鉛直に上方に延びるので、下方から上昇しフィルタで捕捉された気泡を、ベントポートを通してゴミの混入を回避して確実に上方に逃がすことができる。
従って、これにより、気泡およびゴミによるエンジン性能の低下を防止することができる。
According to the configuration of the present invention, the horizontal upper end of the hollow cylindrical vent port has a predetermined height from the upper surface of the filter (for example, the static pressure of the propellant from the upper surface of the filter to the upper end is larger than the passage resistance of the filter). Therefore, no propellant flow toward the vent port is generated, and no propellant passing through the vent port is generated.
Accordingly, since all of the propellant supplied downward passes through the filter, dust contained in the propellant can be reliably removed and supplied downward.
In addition, the lower end of the hollow cylindrical vent port is watertightly attached to the through hole of the filter and extends almost vertically upward so that air bubbles rising from below and trapped by the filter can be prevented from entering the dust through the vent port. Can be surely escaped upward.
Therefore, it is possible to prevent a decrease in engine performance due to bubbles and dust.
また、ベントポートの内径を、内部を上昇する気泡により推薬の上昇流が形成される大きさに設定することにより、ベントポートの上端からの推薬の流入をさらに防止できる。 Further, by setting the inner diameter of the vent port to such a size that an upward flow of the propellant is formed by the bubbles rising inside, the inflow of the propellant from the upper end of the vent port can be further prevented.
さらに、渦防止板のベントポートの水平な上端との隙間を、そこを通過する推薬の圧力損失がフィルタの通過抵抗よりも大きくなるように設定することにより、ベントポートの上端からの推薬の流入をさらに防止できる。 In addition, by setting the gap between the vortex prevention plate vent port and the horizontal upper end of the vent port so that the pressure loss of the propellant passing therethrough is greater than the passage resistance of the filter, the propellant from the upper end of the vent port Can be further prevented.
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、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明のフィルタ装置を備えたロケット推進系の概要図である。
この図において、2Aは燃料タンク、2Bは酸化剤タンク、3はロケットエンジン、4はバルブ(流量制御弁)であり、タンク2A,2B内の推薬1を加圧ガスで加圧し、推薬供給管5を介してロケットエンジン3に供給するようになっている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a rocket propulsion system provided with the filter device of the present invention.
In this figure, 2A is a fuel tank, 2B is an oxidizer tank, 3 is a rocket engine, 4 is a valve (flow control valve), and the propellant 1 in the
すなわち燃料タンク2Aと酸化剤タンク2Bは、ガス加圧式推薬タンクであり、タンク内の推薬1(液体燃料と液体酸化剤)を加圧ガスで加圧し、推薬供給管5を介して下方のロケットエンジン3に供給する。以下、燃料タンク2Aと酸化剤タンク2Bを単に「タンク2」と呼ぶ。
なお、本発明はガス加圧式推薬タンクに限定されず、推薬供給管5の途中にポンプを設置し、タンク内の推薬をポンプで排出するポンプ式推薬タンクであってもよい。
That is, the
In addition, this invention is not limited to a gas pressurization type propellant tank, The pump type propellant tank which installs a pump in the middle of the
本発明のフィルタ装置10は、タンク2の下方に設けられた推薬取出部6内に設けられている。推薬取出部6は、各タンク2の下部に設けられ、上方が開口した容器形状の部分であり、推薬1の量が少ない場合でも、推薬供給管5の上端開口に推薬を安定して供給するようになっている。
The
図2は、本発明のフィルタ装置の構成図であり、図1のA部拡大図である。
この図において、本発明のフィルタ装置10は、フィルタ板12、中空筒状のベントポート14、およびほぼ水平な渦防止板16を備える。
FIG. 2 is a configuration diagram of the filter device of the present invention, and is an enlarged view of part A of FIG.
In this figure, the
フィルタ板12は、推薬供給管5の上端開口より上方のタンク下部(この例では推薬取出部6)に外縁部が水密に固定され、外縁部から推薬1が下方に流入しないようになっている。
また、フィルタ板12は、中央部に推薬1中のゴミを除去するフィルタ12aを有する。フィルタ12aの外側は、貫通穴のないリング12bである。なお、リング12bは、不可欠ではなく、外縁部を水密に固定できるかぎりで、全面をフィルタ12aとしてもよい。
The
The
フィルタ12aは、推薬1中のゴミより開口寸法が小さいメッシュ(例えば金網)からなり、ここを通過する推薬中のゴミを除去する機能を有する。
さらに、フィルタ板12は、フィルタ12aの一部にこれを貫通する貫通穴12cを有する。貫通穴12cの位置は、推薬供給管5の上端開口の真上であるのが好ましいが、それ以外であってもよい。
The
Further, the
この例において、フィルタ板12およびフィルタ12aは、ほぼ水平な平板形状である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、フィルタ板12およびフィルタ12aを平板以外の形状、例えば上に凸の山形や円弧面に形成してもよい。
また、この場合に、貫通穴12cの位置は、山形や円弧面の頂部近傍に設けるのがよい。
In this example, the
In this case, the position of the through hole 12c is preferably provided in the vicinity of the top of the chevron or the arc surface.
中空筒状のベントポート14は、下端がフィルタ板12の貫通穴12cに水密に取り付けられ、ほぼ鉛直に上方に延び、上端がフィルタ上面から所定の高さに水平に位置する。推薬供給管5内で発生した気泡は、上昇してベントポート14の下端に達し、これを通って、推薬1中に流入するようになっている。
この例において、ベントポート14は上方が細い中空テーパ管であり、この中を通過する気泡の上昇速度が上方ほど早くなるようになっている。
The hollow
In this example, the
ベントポート14の高さは、フィルタ上面から水平な上端までの推薬1の静圧がフィルタ12aの通過抵抗よりも大きくなるように設定されている。この構成により、ベントポート14の上端に向かう推薬1の流れは発生せず、ベントポート14を下方に通過する推薬1が発生しないようになっている。
また、ベントポート14の内径は、内部を上昇する気泡により推薬1の上昇流が形成される大きさに設定され、ベントポート14の上端からの推薬1の流入をさらに防止している。
The height of the
In addition, the inner diameter of the
ほぼ水平な渦防止板16は、外周部が複数の支持具15で支持され、ベントポート14の上方に所定の隙間を隔てて位置し、フィルタ全面を覆うようになっている。
この渦防止板16は、推薬1の液面が低いときに、推薬供給管5を中心とする渦の発生を防止する機能を有する。また、渦防止板16とベントポート14の水平な上端との隙間は、そこを通過する推薬1の圧損がフィルタ12aの通過抵抗よりも大きくなるように設定されている。
従って、この構成によって、ベントポート14の上端からの推薬1の流入をさらに防止できる。
The substantially horizontal
The
Therefore, this configuration can further prevent the propellant 1 from flowing in from the upper end of the
上述した構成により、推薬供給管5内で発生した気泡は、上昇しフィルタ12aで捕捉された後、或いは直接、ベントポート14に入り、ベントポート14を通してゴミの混入を回避して確実に上方に逃がすことにより、ベントポートからガス抜きされる。
一方、ベントポート14と渦防止機構(渦防止板16)との隙間は僅かであるため、圧力損失が大きく、ベントポート先端の方がフィルタよりもヘッドが高いため、ベントポート14に向かう推薬1の流れは発生せず、推薬がベントポートから排出されることはなく、ベントポートからゴミが流れることはない。
従って、本発明の構成により、気泡およびゴミによるエンジン性能の低下を確実に防止することができる。
With the above-described configuration, the bubbles generated in the
On the other hand, since the gap between the
Therefore, the configuration of the present invention can reliably prevent the engine performance from being deteriorated due to bubbles and dust.
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、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。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
1 推薬、2 タンク、
2A 燃料タンク、2B 酸化剤タンク、
3 ロケットエンジン、4 バルブ、
5 推薬供給管、6 推薬取出部、
10 フィルタ装置、12 フィルタ板、
12a フィルタ、12b リング、12c 貫通穴、
14 ベントポート、16 渦防止板
1 propellant, 2 tanks,
2A fuel tank, 2B oxidant tank,
3 rocket engines, 4 valves,
5 Propellant supply pipe, 6 Propellant extraction part,
10 filter device, 12 filter plate,
12a filter, 12b ring, 12c through hole,
14 Vent port, 16 Vortex prevention plate
Claims (4)
前記推薬供給管の上端開口より上方のタンク下部に外縁部が水密に固定され、中央部に推薬中のゴミを除去するフィルタを有し、該フィルタの一部にこれを貫通する貫通穴を有するフィルタ板と、
下端が前記貫通穴に水密に取り付けられ、ほぼ鉛直に上方に延び、上端がフィルタ上面から所定の高さに水平に位置する中空筒状のベントポートと、
該ベントポートの上方に所定の隙間を隔てて位置しフィルタ全面を覆うほぼ水平な渦防止板とを備えた、ことを特徴とする推薬タンクのフィルタ装置。 It has a tank that holds propellant inside, and a propellant supply pipe that extends downward from the lower part of the tank. The propellant in the tank is discharged by pressurized gas or a pump, and is lowered downward through the propellant supply pipe. A propellant tank filter device for supplying,
The outer edge portion is fixed in a watertight manner to the tank lower portion above the upper end opening of the propellant supply pipe, and has a filter for removing dust in the propellant in the central portion, and a through hole penetrating through the filter in a part of the filter A filter plate having
A hollow cylindrical vent port with a lower end attached to the through hole in a watertight manner, extending substantially vertically upward, and an upper end positioned horizontally at a predetermined height from the upper surface of the filter,
A propellant tank filter device, comprising: a substantially horizontal vortex prevention plate located above the vent port with a predetermined gap and covering the entire surface of the filter.
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