JP5015067B2 - 推薬タンクのフィルタ装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開平６−２１０１０６号公報、「微小重力環境用気泡除去装置」 特開平６−２６２００５号公報、「気泡除去装置」

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 本発明のフィルタ装置の構成図である。 特許文献１の装置の模式図である。 特許文献２の装置の模式図である。 従来の推薬タンクのフィルタ装置の構成図である。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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、ことを特徴とする請求項１に記載の推薬タンクのフィルタ装置。
3. 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、ことを特徴とする請求項１に記載の推薬タンクのフィルタ装置。
4. 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、ことを特徴とする請求項１に記載の推薬タンクのフィルタ装置。

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