JP5120910B2 - Launch control device - Google Patents
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Description
本発明は、ロケットやミサイル等の発射装置や発破等の爆破装置に内蔵される点火回路に直流電流を供給する点火用電源装置に関する。 The present invention relates to an ignition power supply device that supplies a direct current to an ignition circuit built in a launching device such as a rocket or a missile or a blasting device such as blasting.
ロケットやミサイル等の発射装置では、推進薬に着火するために点火回路を備えており、点火回路に直流電流を供給して作動させるようにしている。供給する直流電流は、発電機を用いたり、蓄電池を用いることが従来より行われている。例えば、特許文献1では、飛しょう体を同時に発射するための飛しょう体に供給する推進薬点火用電流は、高電流が必要であり、この供給源となる点火回路用直流電源及び発動発電機もこの電流に合わせて大型のものとなり、車両への搭載重量や形状が増大し発射装置の機動性能は悪いものであったことから、推進薬を点火させる電流を蓄電池に一旦蓄え、これによって供給するか、あるいは点火回路用直流電源と上記蓄電池を併用することによって、点火回路用直流電源及び発動発電機の電力供給容量を節約し、小型化及び軽量化する点が記載されている。
上述した先行文献では、複数の飛しょう体を同時に発射させる場合に点火回路用に大容量の直流電源が必要となるため、各飛しょう体毎に蓄電池を用意して点火前に発電機により各蓄電池を充電しておき、点火時に蓄電池からも電流を供給して点火に必要な高電流を得るようにしているが、ロケットやミサイルといった兵器に関する技術分野では機動性がさらに重視されるようになり、発電機を装備することは機動性を考慮した場合不利な条件となる。また、緊急事態に対応して発射準備を行う場合に蓄電池に充電しなければならず、臨機応変な対応ができないといった問題点がある。そのため、常時蓄電池に充電しておくことが考えられるが、長期間待機状態が継続した場合に充電した蓄電池が放電して作動しなくなる危険性があり、一定期間毎に蓄電池を点検又は交換しなければならない、といった課題がある。 In the above-mentioned prior literature, when a plurality of flying objects are fired simultaneously, a large-capacity DC power source is required for the ignition circuit, so a storage battery is prepared for each flying object and The storage battery is charged and current is supplied from the storage battery at the time of ignition to obtain a high current necessary for ignition. However, in the technical fields related to weapons such as rockets and missiles, mobility becomes more important. The installation of a generator is a disadvantageous condition when considering mobility. Moreover, when preparing for launch in response to an emergency situation, the storage battery must be charged, and there is a problem that it is not possible to respond flexibly. Therefore, it is conceivable to always charge the storage battery, but if the standby state continues for a long time, there is a risk that the charged storage battery will be discharged and will not operate, and the storage battery must be inspected or replaced at regular intervals. There is a problem that must be done.
そこで、本発明は、発射装置の機動性に寄与するとともに緊急事態に対しても発射準備が迅速的確に行うことができる点火用電源装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ignition power supply device that contributes to the mobility of the launching device and can quickly and accurately prepare for launching in an emergency situation.
本発明に係る発射制御装置は、直流電流を供給するための固体高分子型燃料電池を有する点火用電源装置と、前記点火用電源装置において発生した起電力が点火に必要な高直流電流を得られる電圧まで大きくなったことを検知した場合に前記点火用電源装置を点火回路に接続して直流電流を供給制御する発射制御回路とを備えていることを特徴とする。さらに、前記点火用電源装置は、前記固体高分子型燃料電池に水素ガスを供給する水素ボンベと、前記固体高分子型燃料電池に酸素ガスを供給する酸素ボンベとを備えていることを特徴とする。さらに、前記水素ボンベ及び前記酸素ボンベは、着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。 A firing control device according to the present invention includes an ignition power supply device having a polymer electrolyte fuel cell for supplying a direct current, and an electromotive force generated in the ignition power supply device obtains a high direct current required for ignition. And a firing control circuit for controlling the supply of direct current by connecting the ignition power supply device to the ignition circuit when it is detected that the voltage has been increased to a predetermined voltage . The ignition power supply device further includes a hydrogen cylinder that supplies hydrogen gas to the polymer electrolyte fuel cell, and an oxygen cylinder that supplies oxygen gas to the polymer electrolyte fuel cell. To do. Further, the hydrogen cylinder and the oxygen cylinder are detachably attached.
本発明は、上記の構成を備えることで、固体高分子型燃料電池を用いて点火回路に直流電流を供給するので、発電機や蓄電池等を用いることなく点火に必要な高電流を迅速的確に供給することができる。すなわち、固体高分子型燃料電池は、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤を触媒により反応させて水を生成する際に起電力を発生させるため、点火する際に燃料ガス及び酸化剤を供給すれば点火回路に直流電流が確実に供給され、蓄電池のように放電の点検を行う必要がなく、待機時では燃料ガスが供給されなければ作動することがなく安全性も極めて高い。 Since the present invention has the above-described configuration and supplies a direct current to the ignition circuit using the polymer electrolyte fuel cell, the high current necessary for ignition can be quickly and accurately used without using a generator or a storage battery. Can be supplied. That is, the polymer electrolyte fuel cell generates an electromotive force when water is generated by reacting a fuel gas such as hydrogen and an oxidant such as oxygen with a catalyst. If supplied, a direct current is reliably supplied to the ignition circuit, and there is no need to check the discharge as in the case of a storage battery, and if the fuel gas is not supplied during standby, the ignition circuit does not operate and the safety is extremely high.
また、燃料電池自体小型化が可能で、燃料ガス及び酸化剤は別途ガスボンベで供給すれば、点火用電源装置を携帯して運搬することもでき、発射装置の機動性を向上させることが可能となる。 In addition, the fuel cell itself can be miniaturized, and if the fuel gas and oxidant are separately supplied in a gas cylinder, the ignition power supply can be carried and transported, and the mobility of the launcher can be improved. Become.
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail. The embodiments described below are preferable specific examples for carrying out the present invention, and thus various technical limitations are made. However, the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise specified, the present invention is not limited to these forms.
図1は、本発明に係る実施形態を備えた発射装置に関する概略構成図である。ロケット1は、内部に推進装置10を備えており、推進装置10は推進薬を内蔵している。推進装置10の一方の端部には、点火回路11が配設されており、他方の端部には、ロケット1の後端部に取り付けたノズル12が接続されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram relating to a launching device including an embodiment according to the present invention. The rocket 1 includes a
発射制御装置2は、発射制御回路20及び点火用電源装置21を備えている。発射制御回路20は、点火回路11と電気的に接続しており、点火用電源装置21において発生した起電力に基づいて点火回路11に直流電流を供給制御する。
The
点火用電源装置21は、固体高分子電解質形燃料電池本体22(以下「PEFC」と略称する。)、水素ボンベ23及び酸素ボンベ24を備えている。PEFC22と水素ボンベ23とを接続する供給管路には開閉弁25が設けられており、供給された水素ガスがPEFC22内を通り外部に排気される排気管路には開閉弁26が設けられている。また、PEFC22と酸素ボンベ24とを接続する供給管路には開閉弁27が設けられており、供給された酸素ガスがPEFC22内を通り外部に排気される排気管路には開閉弁28が設けられている。
The ignition
水素ボンベ23及び酸素ボンベ24は、着脱可能に点火用電源装置21に取り付けられるようになっており、点火用電源装置21に設けられた差し込み口に圧入することで、供給管路内にガスを供給する。そして、各ボンベ内には高圧のガス(2気圧〜4気圧)が封入されており、一挙に大量のガスが供給できる。
The
開閉弁25〜28は、手動で開閉する弁であり、PEFC22へのガスの供給及び排気を適宜設定することができる。手動以外でも可能で、発射制御回路20からの開閉信号に基づいて開閉する電磁弁を用いてもよい。
The on-off
PEFC22は、図2に示すような単セルを多数積層したスタックで構成される。単セルは、固体高分子電解質膜30の両側に、白金等の触媒層及び拡散層を備えた水素極31及び酸素極32がそれぞれ積層されており、水素極31及び酸素極32の外表面にはセパレータ33及び34が配設されている。そして、水素料極31とセパレータ33との間には水素ボンベ23から供給される水素ガスが流通する流路35が形成されており、酸素極32とセパレータ34との間には酸素ボンベ24から供給される酸素ガスが流通する流路36が形成されている。水素極31に供給された水素ガスに含まれる水素は触媒によりプロトン(H+)となり、生成されたプロトン(H+)は電解質膜を通り酸素極32に到達して酸素ガスと反応して水が生成されるようになる。水が生成する際に電気エネルギーと熱エネルギーが発生するが、発生した電気エネルギーが起電力として取り出される。電気エネルギーは、配列された各単セルのセパレータ33及び34を導電体で電気的に接続して導電体を介して外部に取り出される。導電体は、発射制御回路20を介して点火回路11に電気的に接続され、PEFC22で発生した起電力により点火回路11に直流電流が供給されるようになる。以上説明したようなPEFC22は、公知のものを使用することができる。
The PEFC 22 is composed of a stack in which a large number of single cells as shown in FIG. 2 are stacked. In the single cell, a
ロケット1を発射させる場合には、まず、点火用電源装置21の開閉弁25〜28がすべて閉状態となっているか確認し、開状態の開閉弁は完全に閉じた状態になるよう操作する。そして、開閉弁25〜28が閉状態となっているのを確認後点火用電源装置21に水素ボンベ23及び酸素ボンベ24を装着する。ガズボンベの装着によりボンベ内から高圧ガスが供給管路に流入するが、開閉弁25及び27によりPEFC22内への流入は一旦阻止される。
When launching the rocket 1, first, it is confirmed whether all the on-off
PEFC22は、低温状態では十分な作動状態を得られないため、予めヒータ等を用いて加熱して作動温度(約70℃)にしておくとよい。また、固体高分子電解質膜30は、水により湿潤な状態にしておくことが望ましい。反応が開始されると酸素極側に水素と酸素が反応して水が発生するが、開始当初においては電解質膜が乾燥しないように水分を補給することが望ましい。PEFC22とは別に予め水素ガス及び酸素ガスを反応させて熱を発生させてPEFC22を加熱し、発生した水蒸気により固体高分子電解質膜30を湿潤状態にするようにしてもよい。
Since the PEFC 22 cannot obtain a sufficient operating state in a low temperature state, the PEFC 22 is preferably heated in advance using a heater or the like to an operating temperature (about 70 ° C.). Further, it is desirable that the solid
ガスボンベより高圧ガスが流入した状態で、開閉弁25及び27を開くことで水素ガス及び酸素ガスが供給管路から一挙にPEFC22内に流入して反応が開始される。反応が行われる固体高分子電解質膜30は、大きな差圧にも十分耐えることが可能で、水素ガスが50気圧以上となっても問題ない。反応面積が100cm2の固体高分子電解質膜30を備えた単セルが50個で、水素ガス及び酸素ガスを供給して電流密度1A/cm2程度の電流を発生させると、理論的に100A、25Vの直流出力を得ることができる。そして、点火には、高直流電流(10A〜50A)が0.5秒間流れればよいことから、ガスボンベに貯蔵される水素ガス及び酸素ガスの量は、それぞれ3リットル及び1.5リットル程度でよく、携帯用のガスボンベを用いれば十分収まる量である。
With the high-pressure gas flowing in from the gas cylinder, the on-off
また、点火用電源装置21の大きさは、単セルの大きさでほぼ決まってくることから、人手で運搬できる程度にコンパクト化及び軽量化することが可能で、従来の発射装置のように発電機や蓄電池が不要となり、きわめて機動性に優れたものとすることができる。
In addition, since the size of the ignition
開閉弁25及び27を開いてガスをPEFC22内に流入した後開閉弁26及び28を開いて排気を行い、PEFC22内のスタック全体に水素ガス及び酸素ガスが供給されてPEFC22から発生する起電力を高めていく。この場合、水素ガス及び酸素ガスを高圧で一挙に供給することで、瞬時に高い起電力を得ることが可能となる。
The on-off
発生した起電力は発射制御回路20により検知されて、点火に必要な高直流電流が得られる電圧まで起電力が大きくなったことが検知されると、PEFC22と点火回路11とを電気的に接続して高直流電流が点火回路11に流れるようになる。電気的な接続には、例えばリレースイッチ等のスイッチを用いてスイッチを閉じることで行われる。
The generated electromotive force is detected by the firing
点火回路11に高直流電流が流れると、点火回路11内の火薬が燃焼し、その結果発生する高温ガスにより推進装置10内の推進薬が着火して燃焼が開始される。推進薬の燃焼により発生したガスは、ノズル12を通して後方に押し出されるようになり、その反作用によってロケット1は推進力を得て加速するようになる。
When a high direct current flows through the
以上説明したように、PEFCを用いた点火用電源装置は、点火に必要な高直流電流を発生させることができるとともに装置がコンパクトで軽量化することが可能である。また、点火の際にガズボンベを取り付けて作動させるので、ガスボンベを取り付けない限り誤作動することはなく、安全性の高い装置とすることができる。さらに、作動に必要なガスを高圧で一挙に供給して瞬時に高い起電力を発生させることができるので、緊急事態にも十分対応することが可能となる。 As described above, the ignition power supply device using PEFC can generate a high direct current necessary for ignition, and the device can be made compact and lightweight. In addition, since the gas cylinder is attached and operated at the time of ignition, it does not malfunction unless a gas cylinder is attached, and a highly safe device can be obtained. Furthermore, since a high electromotive force can be generated instantaneously by supplying gas necessary for operation at a high pressure at a stroke, it is possible to sufficiently cope with an emergency situation.
本発明に係る点火用電源装置は、ロケットやミサイル等の発射装置や発破等の爆破装置に内蔵される点火回路に好適であり、人手により運搬することも可能で蓄電池等が不要なことから、山岳地帯や砂漠地帯等の不便な場所においても使用することができる。 The power supply device for ignition according to the present invention is suitable for an ignition circuit built in a launching device such as a rocket or a missile or a blasting device such as blasting, and can also be transported by hand and does not require a storage battery or the like. It can also be used in inconvenient places such as mountainous areas and desert areas.
1 ロケット
2 発射制御装置
20 発射制御回路
21 点火用電源装置
22 PEFC
23 水素ボンベ
24 酸素ボンベ
25 開閉弁
26 開閉弁
27 開閉弁
28 開閉弁
1
20 Launch control circuit
21 Ignition power supply
22 PEFC
23 Hydrogen cylinder
24 oxygen cylinder
25 On-off valve
26 On-off valve
27 On-off valve
28 On-off valve
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