JP2647507B2 - Liquid methane fuel air liquefied engine - Google Patents

Liquid methane fuel air liquefied engine

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JP2647507B2 JP1218577A JP21857789A JP2647507B2 JP 2647507 B2 JP2647507 B2 JP 2647507B2 JP 1218577 A JP1218577 A JP 1218577A JP 21857789 A JP21857789 A JP 21857789A JP 2647507 B2 JP2647507 B2 JP 2647507B2
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幸雄 小鑓
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロケットブースタおよび宇宙往還機等の推進
力を得るために適用される液体メタン燃料空気液化式エ
ンジンに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a liquid methane fuel air liquefied engine applied to obtain a propulsion force of a rocket booster, a spacecraft and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ロケットブースタや宇宙往還機等の推進力を得るため
に用いられている従来の空気液化式エンジンは、燃料に
液体水素またはスラッシュ水素(液体水素と固体水素の
混合物)を用い、かつ、それら液体水素またはスラッシ
ュ水素を冷熱源(冷媒)として、外部から吸入した空気
を液化し、液化空気と水素を燃焼させて、ロケットエン
ジンを作動させるようにしている。
Conventional air liquefied engines used to obtain the propulsive power of rocket boosters and space vehicles use liquid hydrogen or slush hydrogen (a mixture of liquid hydrogen and solid hydrogen) as a fuel, Alternatively, slush hydrogen is used as a cold heat source (refrigerant) to liquefy air taken in from the outside, burn liquefied air and hydrogen, and operate a rocket engine.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来の空気液化式エンジンには、解決すべき次の
課題があった。
The conventional air liquefied engine has the following problems to be solved.

即ち、従来の空気液化式エンジンは、燃料に液体水素
またはスラッシュ水素を用いるロケットエンジンが採用
されている。このような空気液化式エンジンの燃料であ
る液体水素およびスラッシュ水素は、密度が極めて小さ
い(それぞれ0.071gr/cm3および0.081gr/cm3)ため、燃
料タンクの容積が過大となり、ロケットブースタおよび
宇宙往還機の重量増加の原因となる不具合がある。
That is, in the conventional air liquefied engine, a rocket engine using liquid hydrogen or slush hydrogen as fuel is employed. Such liquid hydrogen and slush hydrogen as fuel for cryogenic air engine, because the density is very small (respectively 0.071gr / cm 3 and 0.081gr / cm 3), the volume of the fuel tank becomes excessive, rocket boosters and space There is a problem that causes the weight of the roundtrip aircraft to increase.

そこで、燃料タンクの容積の減少をはかるため、燃料
を密度の比較的大きい液体メタン(密度は0.423gr/c
m3)に代えることが考えられる。
Therefore, in order to reduce the volume of the fuel tank, the fuel was liquefied with liquid methane (density of 0.423 gr / c
m 3 ).

しかしながら、液体水素を燃料とする空気液化式エン
ジンでは、液体水素の沸点は20k、大気圧における空気
の液化温度は79kなので、液体水素を冷熱源として空気
を液化することは可能であるが、液体メタンと燃料とす
る空気液化式エンジンの場合は、液体メタンの沸点は、
空気の液化温度よりも高い111.5kであるため、一般的に
は、液体メタンを用いての空気液化は、不可能という問
題がある。
However, in an air liquefied engine using liquid hydrogen as fuel, the boiling point of liquid hydrogen is 20k and the liquefaction temperature of air at atmospheric pressure is 79k, so it is possible to liquefy air using liquid hydrogen as a cold heat source. In the case of an air liquefied engine using methane and fuel, the boiling point of liquid methane is
Since it is 111.5k, which is higher than the liquefaction temperature of air, there is a problem that air liquefaction using liquid methane is generally impossible.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、上記課題の解決手段として、空気液化温度
を液体メタンの沸点以上に圧縮する空気圧縮機と、前記
圧縮機で圧縮した空気を液体メタンの気化熱により液化
する空気液化器と、前記空気液化器によって液化された
空気を支燃剤として燃焼し推力を発生するとともに、減
圧され、上記空気液化器に供給されて空気液化に供せら
れる液体メタンを貯える液体メタンタンクと、前記空気
液化器で空気液化に供せされた液体メタンを吸入して、
外部へ放出するエゼクタとを具備してなることを特徴と
する液体メタン燃料空気液化式エンジンを提供しようと
するものである。
The present invention provides, as a means for solving the above problems, an air compressor for compressing an air liquefaction temperature to a temperature equal to or higher than the boiling point of liquid methane, an air liquefier for liquefying the air compressed by the compressor by the heat of vaporization of the liquid methane, A liquid methane tank that stores the liquid methane that is decompressed and supplied to the air liquefier to be subjected to air liquefaction while generating thrust by burning the air liquefied by the air liquefier as a supporting agent, and the air liquefier. Inhalation of liquid methane provided for air liquefaction at
An object of the present invention is to provide a liquid methane fuel air liquefied engine comprising an ejector for discharging to the outside.

〔作用〕[Action]

本発明は上記のように構成されるので、次の作用を有
する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following operation.

(1) 液体メタンを減圧することにより、液体メタン
の沸点が低下する。例えば、大気圧において111.5kであ
った沸点が圧力0.43kg/cm2absにおいては102k、圧力0.2
8kg/cm2absにおいては98kと低下する。
(1) Decompression of liquid methane lowers the boiling point of liquid methane. For example, a boiling point of 111.5 k at atmospheric pressure is 102 k at a pressure of 0.43 kg / cm 2 abs and a pressure of 0.2
At 8 kg / cm 2 abs, it drops to 98 k.

(2) 吸入空気を昇圧することにより、空気の液化温
度、即ち沸点が上昇する。例えば、圧力10kg/cm2absに
おいて106k、圧力12.8kg/cm2absにおいて110kと上昇す
る。
(2) By increasing the pressure of the intake air, the liquefaction temperature of the air, that is, the boiling point increases. For example, the pressure rises to 106 k at a pressure of 10 kg / cm 2 abs and to 110 k at a pressure of 12.8 kg / cm 2 abs.

(3) 以上(1)(2)のように、液体メタンの沸点
が空気液化温度より低くなるため、液体メタンの蒸発潜
熱(圧力0.43kg/cm2absにおいて126.1kcal/kg、圧力0.2
8kg/cm2absにおいて127.5kcal/kg)を用いて、空気を液
化することができる。
(3) As described in (1) and (2) above, since the boiling point of liquid methane is lower than the air liquefaction temperature, the latent heat of vaporization of liquid methane (126.1 kcal / kg at a pressure of 0.43 kg / cm 2 abs, pressure of 0.2
Air can be liquefied using 127.5 kcal / kg at 8 kg / cm 2 abs).

(4) また、空気液化器での空気の液化に使用された
液体メタン、実際には、空気の液化に蒸発潜熱が使用さ
れ、一部分若しくは全部が気体になった液体メタンは、
例えば、ロケットエンジンの排気エネルギーで駆動され
るエゼクタに吸引されて外部へ放出されるので、減圧さ
れ、空気液化器に供給された液体メタンは、空気の液化
を行う空気液化器において、空気の液化温度より低い沸
点になる圧力を保持できる。
(4) In addition, liquid methane used for liquefaction of air in an air liquefier, in fact, liquid methane in which the latent heat of vaporization is used for liquefaction of air and a part or all of which becomes gas,
For example, the liquid methane supplied to the air liquefier is depressurized because it is sucked by the ejector driven by the exhaust energy of the rocket engine and released to the outside. The pressure at which the boiling point is lower than the temperature can be maintained.

(5) この結果、液体メタンを用いての空気液化が可
能となり、水素より高密度で積載効率の高い液体メタン
の燃料化が実現でき、従来に比し、遥かに小さい燃料タ
ンクにでき、燃料タンクの容積の減少がはかれ、ロケッ
トの重量増加を回避する目的を達することのできる空気
液化式エンジンとすることができる。
(5) As a result, air liquefaction using liquid methane becomes possible, and liquid methane, which has a higher density and higher loading efficiency than hydrogen, can be converted into a fuel. An air liquefied engine can be achieved in which the volume of the tank is reduced and the purpose of avoiding an increase in the weight of the rocket is achieved.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の第1実施例を第1図により説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図において、タンク1には、液体メタンが大気圧
(1.033kg/cm2abs)、沸点温度(111.5k)状態で蓄えら
れている。冷媒用の液体メタンは、絞り2を通って沸点
が102k以下になる0.43kg/cm2abs以下に減圧され、空気
液化器3を通ってロケットエンジンのノズル12の先端に
設置されている、ロケットエンジンの排気エネルギーで
駆動されるエゼクタ4によって吸引され、外部へ放出さ
れる。また、燃焼用の液体メタンはポンプ5によって増
圧され、複写器6に導かれ燃焼室7に噴射される。空気
は、空気取入口8から入り、空気予冷器9を通って空気
圧縮機10に入り、空気圧縮機10で、減圧された液体メタ
ンの沸点よりも高い沸点になる圧力にまで圧縮され、空
気液化器3に入る。
In FIG. 1, liquid methane is stored in a tank 1 at an atmospheric pressure (1.033 kg / cm 2 abs) and a boiling point temperature (111.5 k). The liquid methane for the refrigerant passes through the throttle 2, is decompressed to 0.43 kg / cm 2 abs or less at which the boiling point becomes 102 k or less, passes through the air liquefier 3, and is installed at the tip of the nozzle 12 of the rocket engine. It is sucked by the ejector 4 driven by the exhaust energy of the engine and discharged to the outside. Further, the pressure of the liquid methane for combustion is increased by the pump 5, guided to the copying machine 6 and injected into the combustion chamber 7. Air enters through an air inlet 8, enters an air compressor 10 through an air precooler 9, and is compressed by the air compressor 10 to a pressure higher than the boiling point of the depressurized liquid methane. Enter the liquefier 3.

空気液化器3において、冷媒の液体メタンの蒸発熱に
よって空気は液化される。空気が液化された液化空気
は、ポンプ11で増圧され、空気予冷器9に入り、その
後、噴射器6に導かれ、燃焼室7へ噴射される。また、
空気液化器3において空気を液化し、少くとも一部分が
気化された液体メタンは、ノズル12内を流れる燃焼ガス
を駆動源とするエゼクタ4により吸引され、燃焼ガスと
ともにノズル12の後方へ放出される。
In the air liquefier 3, the air is liquefied by the heat of evaporation of the liquid methane refrigerant. The liquefied air in which the air has been liquefied is increased in pressure by a pump 11, enters an air precooler 9, and thereafter is guided to an injector 6 and injected into a combustion chamber 7. Also,
The liquid methane that has liquefied air in the air liquefier 3 and at least partially vaporized is sucked by the ejector 4 that is driven by the combustion gas flowing through the nozzle 12 and is discharged to the rear of the nozzle 12 together with the combustion gas. .

さらに、燃焼室7においては、ポンプ5で増圧され、
噴射された液体メタンと空気予冷器9を通って、噴射さ
れた空気が燃焼し、燃焼ガスとなってノズル12より噴出
して推力を発生する。
Further, in the combustion chamber 7, the pressure is increased by the pump 5,
The injected air burns through the injected liquid methane and the air precooler 9 and becomes a combustion gas to be ejected from the nozzle 12 to generate thrust.

次に、本発明の第2実施例を第2図により説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第2図は第1図のエンジンにタンク13,ポンプ14,スプ
レーヘッド15からなる液体酸素系統を付加し、エンジン
の単位空気流量当りの推力の向上を図ったものである。
付加された液体酸素系統の作用について説明すると、タ
ンク13内の液体酸素はポンプ14で約15kg/cm2absに増圧
され、スプレーヘッド15より空気液化器3へ噴霧され、
空気流に混入する。この混入により、第1実施例のもの
に比較して、液体酸素による冷熱源の付加と空気取入口
8から取り入れた空気中の酸素濃度上昇のため、空気の
液化が促進されると共に、液体酸素の混入による酸化剤
量の増加により、エンジン推力を増加させることができ
る。その他の構成、作用については第1実施例と同様で
ある。
FIG. 2 is a diagram in which a liquid oxygen system including a tank 13, a pump 14, and a spray head 15 is added to the engine of FIG. 1 to improve the thrust per unit air flow of the engine.
Explaining the operation of the added liquid oxygen system, the pressure of liquid oxygen in the tank 13 is increased to about 15 kg / cm 2 abs by the pump 14 and sprayed from the spray head 15 to the air liquefier 3.
Mix in air flow. This mixing promotes the liquefaction of the air due to the addition of a cold heat source by liquid oxygen and the increase in the oxygen concentration in the air taken in from the air intake port 8 as compared with the first embodiment. The engine thrust can be increased by increasing the amount of the oxidizing agent due to the mixing of water. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は、上記のように構成されるので次の効果を有
する。
The present invention has the following effects because it is configured as described above.

即ち、従来の液体水素またはスラッシュ水素(液体水
素と固体水素の混合物)を燃料とする空気液化式エンジ
ンの欠点である、過大な燃料タンクの容積を減少させ得
る効果を有する。
That is, there is an effect that it is possible to reduce an excessively large capacity of the fuel tank, which is a drawback of the conventional air liquefied engine using liquid hydrogen or slush hydrogen (a mixture of liquid hydrogen and solid hydrogen) as fuel.

これによって、ロケットブースタおよび宇宙往還機の
機体重量の低減が図られ、ロケットの性能向上が達成で
きる。
As a result, the weight of the rocket booster and the spacecraft is reduced, and the performance of the rocket can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1実施例の、第2図は同じく第2実
施例の各液体タンク燃料空気液化式エンジンの模式的縦
断面図である。 1……タンク(液体メタン用)、2……絞り、3……空
気液化器、 4……エゼクタ、5……ポンプ、6……噴射器、 7……燃焼室、8……空気取入口、9……空気予冷器、 10……空気圧縮機、11……ポンプ、12……ノズル、 13……タンク(液体酸素用)、14……ポンプ、15……ス
プレーヘッド。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of each liquid tank fuel / air liquefied engine of the second embodiment. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tank (for liquid methane), 2 ... Restrictor, 3 ... Air liquefier, 4 ... Ejector, 5 ... Pump, 6 ... Injector, 7 ... Combustion chamber, 8 ... Air intake , 9 ... air precooler, 10 ... air compressor, 11 ... pump, 12 ... nozzle, 13 ... tank (for liquid oxygen), 14 ... pump, 15 ... spray head.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮馬 浩 東京都港区浜松町2丁目4番1号 宇宙 開発事業団内 (72)発明者 平社 博之 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱 重工業株式会社名古屋航空宇宙システム 製作所内 (72)発明者 青木 照幸 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱 重工業株式会社名古屋航空宇宙システム 製作所内 (72)発明者 岸本 健治 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱 重工業株式会社名古屋航空宇宙システム 製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−237068(JP,A) 特公 昭52−42433(JP,B2) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Miyama 2-4-1, Hamamatsucho, Minato-ku, Tokyo Within the Space Development Corporation (72) Inventor Hiroyuki Heisha 10 Oecho, Minato-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture Mitsubishi Nagoya Aerospace Systems Works, Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Teruyuki Aoki, 10 Oecho, Minato-ku, Nagoya, Aichi Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagoya Aerospace Systems Works, (72) Kenji Kishimoto, Oe, Minato-ku, Nagoya, Aichi Prefecture 10 Nagoya Aerospace Systems Works, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (56) References JP-A-62-237068 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】空気液化温度を液体メタンの沸点以上に圧
縮する空気圧縮機と、前記空気圧縮機で圧縮した空気を
液体メタンの気化熱により液化する空気液化器と、前記
空気液化器によって液化された空気を支燃剤として燃焼
し推力を発生するとともに、減圧され前記空気液化器に
供給されて空気液化に供せられる液体メタンを貯える液
体メタンタンクと、前記空気液化器で空気液化に供せら
れた液化メタンを吸引して、外部へ放出するエゼクタと
を具備してなることを特徴とする液体メタン燃料空気液
化式エンジン。
1. An air compressor for compressing an air liquefaction temperature to a temperature equal to or higher than the boiling point of liquid methane, an air liquefier for liquefying the air compressed by the air compressor by heat of vaporization of the liquid methane, and a liquefier for the air liquefier. The compressed air is burned as a fuel to generate thrust, and a liquid methane tank for storing liquid methane which is reduced in pressure and supplied to the air liquefier to be subjected to air liquefaction is provided to the air liquefier for air liquefaction. A liquid methane fuel-air liquefied engine, comprising: an ejector that sucks the liquefied methane and discharges the liquefied methane to the outside.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5242433A (en) * 1974-06-13 1977-04-02 Honey Kasei Kk Coating of metal surface
JPS62237068A (en) * 1986-04-07 1987-10-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Air liquefaction cycle rocket engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110067673A (en) * 2019-04-24 2019-07-30 北京航空航天大学 The parallel pre- cold stamping compound propulsion system of one kind and propulsion method

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