JPH04153551A - 空気液化エンジン用空気予冷器 - Google Patents

空気液化エンジン用空気予冷器

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JPH04153551A
JPH04153551A JP2278536A JP27853690A JPH04153551A JP H04153551 A JPH04153551 A JP H04153551A JP 2278536 A JP2278536 A JP 2278536A JP 27853690 A JP27853690 A JP 27853690A JP H04153551 A JPH04153551 A JP H04153551A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は空気液化エンジン用空気予冷器に関するもので
ある。
［従来の技術］ 近年、宇宙往環機等のエンジンに、飛行中に燃料の燃焼
に必要な酸素を大気中から取入れて、搭載する酸化剤の
量を節約するようにした空気液化エンジンが研究されて
いる。
現在のロケットは、スペース・シャトルも含め、必要な
酸化剤はすべて搭載している。代表的な酸化剤は一１８
３℃の液体酸素であり、その重量は、代表的な燃料であ
る水素の６倍、スペース・シャトルでは、打上げに必要
な全重量の約１／３にも達する。このため人工衛星など
のペイロードは、全体の約１〜２％程度の重量てしかな
い。
これに比べ、空気中の酸素を用いる航空機の場合には、
全重量のうち、燃料（この場合はジェット燃料）か約４
０％、ペイロードは１０％強まで上る。このことから、
酸化剤搭載量を最小にし、ペイロード率を高めて経済的
な宇宙輸送を実現する上で空気液化エンジンの開発が望
まれている。
前記空気液化エンジンは、離陸から宇宙飛びたしまでを
すべて一本のエンジンで済ませようとの考え方で、ロケ
ットの形態を基本として考えられたエンジンであり、原
理は、吸入した空気を、−２５３℃の液体水素を冷媒と
して液化し、これを酸化剤としてロケット燃焼室に高圧
で送り込み、液体水素／液体空気ロケットエンジンとし
て燃焼・噴出させるものである。従って空気取入口と空
気の液化器を除けばロケットと同様の構成となる。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記空気液化エンジンには解決しなければなら
ない種々の技術的課題が山積みされている。
即ち、空気取入口から取入れられる空気の高いエネルギ
ーは、高温高圧となってエンジン内に入り込むが、例え
ば極超音速域であるマツハ数６で飛行している場合、空
気温度は１５００℃以上、圧力は最高ＩＯ負気圧高度２
０）ｃｍて計算）にも達する。
従って、空気取入口部には、取入れる空気の温度を低下
させて、機器の安全の確保と、圧縮機による圧縮比を高
めるための予冷器を備える必要かある。
このような予冷器として従来から一般に考えられている
ものにプレートフィン型の熱交換器があるが、プレート
フィン型熱交換器は、通常空気の取入側と導出側の流路
断面積が一定であるたぬに熱交換効率が低いという問題
を有していた。即ち、取入側からプレートフィン型熱交
換器に取入れられた空気は、導出側に向う程圧力か上昇
して流速か低下し、このために流路による抜熱作用か導
出側程低下してしまう問題かあり、予冷器全体の熱交換
効率か低くなる。従って充分な冷却を行うためにはプレ
ートフィン型熱交換器を長大化する必要があり、このた
めに装置か大型化し、重量も大きくなり、宇宙往還機等
への適用には非常に不利なものとなっている。
本発明は、こうした点に着目してなしたもので、空気液
化エンジンの空気取入口に備える空気予冷器の冷却効率
の向上と、小型化を図ることを目的としている。
［課題を解決するための手段コ 本発明は空気取入口の空気の取入側から導出側に向って
徐々に径を縮小させた形状を有し且つ冷却媒体の導入口
と導出口を有するテーパ状ケーシングヘッダと、該テー
パ状ケーシングヘッダの軸中心部に配置した中心へツタ
と、前記テーパ状ケーシングヘッダと中心ヘッダとの間
を半径方向に接続し且つ前記取入側から導出側にかけて
螺旋冷却管列を形成する如く複数配設した冷却管とを備
えたことを特徴とする空気液化エンジン用空気予冷器に
かかるものである。
［作　　　用］ 取入側から空気予冷器内に入った空気は、テーパ状ケー
シングヘッダのテーパ形状によって導出側に向って流路
断面積か絞られていることにより、導出側においても空
気の流速か大きく保持され、よって、冷却管及びヘノタ
による冷却効率か向上される。
又、冷却管か螺旋冷却管列を形成するように配設されて
いるので、空気に旋回による乱れが与えられ、これによ
っても熱交換効率が向上される。
［実　施　例］ 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
第１〜３図は本発明を適用する宇宙往還機の空気液化エ
ンジンの一例を示すもので、飛行体の進行方向前方に向
けて開口させた空気取入口ｌから取入れた空気２を空気
流路３に有した圧縮機４により昇圧して液化分離器５に
導き、且つ水素タンク６からの液体水素Ｈ２（−２５３
℃）を水素流路７により熱交換器８及びポンプ９を介し
て前記液化分離器５に冷媒として導くことにより冷却、
液化し、液体酸素０２、液体窒素Ｎ、を分離して取出す
ようにしている。
前記液化分離器５にて空気の冷却、液化を行った水素Ｈ
２は、水素流路７により前記空気取入口１に備えた空気
予冷器１０に導かれて取入れる空気の予冷を行い、自身
は昇温されて水素ガスとなり、ジェット部１１及びロケ
ット部１２に切換えて供給されるようになっている。
又、酸素タンク１３の液体酸素０２を酸素流路１４によ
り前記熱交換器８及びポンプ１５を介して前記ロケット
部１２に導いて昇温を行った後、前記ジェット部１１及
びロケット部１２に切換えて供給するようにしている。
更に、前記液化分離器テにて分離された液体酸素０２は
、酸素供給流路１６により前記熱交換器８とポンプ１５
との間の酸素流路１４に供給するようにしである。
又、前記液化分離器５にて分離された液体窒素Ｎ２は、
窒素流路１７により前記空気取入口ｌに備えた空気予冷
器ｌＯに冷却媒体として導かれて取入れる空気の予冷を
行い、自身は昇温されて窒素ガスとなり、前記シェツト
部１１に供給されるようになっている。
前記空気予冷器ｌＯを、第１．２図に示す如く構成する
。
即ち、空気取入口ｌの取入側１８から導出側１９に向け
て径が徐々に減少するテーパ状ケーシングヘッダ２０が
設けてあり、且つ該テーパ状ケーシングヘッダ２０の軸
心部には中心ヘッダ２１か配置され、該中心ヘッダ２１
とテーパ状ケーシングヘッダ２０との間が冷却管２２に
て接続されている。
前記冷却管２２は、テーパ状ケーシングヘッダ２０内部
を周方向に４等分する十字状の位置に、取入側１８から
導出側１９に向けて螺旋状の空気流路を形成するように
した螺旋冷却管列２３ａ、２３ｂ。
２３ｃ、２３ｄを形成している。
又、上記螺旋冷却管列２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ
を形成する夫々の冷却管２２は、取入側１８は管径か太
く相互間隔も大きくなっているか、導出側１９に行くに
従って管径か細く相互間隔も狭くなるように構成されて
いる。
前記テーパ状ケーシングヘッダ２０及び中心ヘッダ２１
は前側の第１予冷部２４と後側の第２予冷部２５とに区
画されており、中心ヘッダ２１の前室２６には冷却媒体
として液体窒素Ｎ２を導入する液体窒素導入口２８か、
又テーパ状ケーシングヘッダ２０の前室２７には窒素ガ
ス導出口２９か夫々接続されている。
又、中心ヘッダ２１の後室３０には冷却媒体として液体
水素Ｈ２を導入する液体水素導入口３１が、又テーパ状
ケーシングヘッダ２０の後室３２には水素ガス導出口３
３か夫々接続しである。
上記において、第３図の水素タンク６の液体水素Ｈ２か
、液化分離器５を経た後冷却媒体として液体水素導入口
３１から中心ヘッダ２１における第２予冷部２５の後室
３０に導入され、そこに接続された冷却管２２を通って
空気２の冷却を行った後、テーパ状ケーシングヘッダ２
０の第２予冷部２５の後室３２に導出され、自身は昇温
されて水素ガスとなって水素ガス導出口３３から導出さ
れてジェット部１１又はロケット部１２に導かれる。
又、液化分離器５にて分離された液体窒素Ｎ２が、液体
窒素導入口２８から冷却媒体として、中心へノダ２１に
おける第１予冷部２４の前室２６に導入され、別の冷却
管２２により空気の冷却を行いつつテーパ状ケーシング
ヘッダ２０の第１予冷部２４の前室２７に導出され、自
身は昇温され窒素ガスとなって窒素ガス導出口２９から
導出されてジェット部１１に導かれる。
空気予冷器ｌＯには、宇宙往還機の高速移動によって矢
印で示すように取入側１８から空気２が取入れられ、螺
旋冷却管列２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄによって旋
回を与えられなから各冷却管２２及びヘッダ２０．２１
により冷却されて導出側１９に導かれる。
このとき、取入側１８から導出側１９に向うに従って空
気２の圧力が上昇し、温度も上昇するか、テーパ状ケー
シングヘッダ２０のテーパ形状により流路断面積が徐々
に絞られているので、導出側１９の空気２の移動速度が
低下するのを防止、できる。
このように、取入側１８と導出側１９の空気２の移動速
度を均一化できることによって、導出側１９の熱交換効
率を高め、同時に導出側１９の冷却管２２の管径を細く
且つ相互間隔を小さくして導出側１９の抜熱量を増加さ
せることにより、空気予冷器１０全体で効果的な空気の
予冷を行うことができる。
又、前記したように、螺旋冷却管列２３ａ、２３ｂ。
２３ｃ、２３ｄか螺旋状に配置されて空気２の流れに旋
回による乱れか与えられるようになっているのて、空気
予冷器１０の熱交換効率か更に向上される。
尚、本発明の空気液化エンジン用空気予冷器は、上述の
実施例にのみ限定されるものではなく、空気予冷器の冷
却媒体が液体水素のみによって行われるものであっても
、或いはその他の推進剤によって行われるものであって
も良いこと、螺旋冷却管列は周方向等間隔に配置されて
いればその数には限定されないこと、その池水発明の要
旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること
は勿論である。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明の空気液化エンジン用空気予
冷器によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る
。
（＋）　　テーパ状ケーシングヘッダのテーパ形状によ
り導出側に向って流路断面積が絞られるようになってい
るので、導出側においても空気の流速を大きく保持して
、冷却管及びヘッダによる冷却効率を大幅に向上させ得
る。
■　冷却管が螺旋冷却管列を形成するように配設しであ
るので、空気に旋回による乱れを与えて熱交換効率を更
に向上できる。
（至）上記（ｉ）Ｑ）により、空気予冷器を小型にする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の一部切断側面図、第２図は
第１図の■−■矢視図、第３図は本発明を適用した空気
液化エンジンの一例を示すフローシートである。 ■は空気取入口、２は空気、１０は空気予冷器、１８は
取入側、１９は導出側、２０はテーパ状ケーシングヘッ
ダ、２１は中心ヘッダ、２２は冷却管、２３ａ、　２３
ｂ、２３ｃ、　２３ｄは螺旋冷却管列、２８は液体窒素
（冷却媒体）導入口、２９は窒素ガス（冷却媒体） 導出口、 ３１は液体水素 （冷却媒体） 導入口 ３３は水素ガス （冷却媒体） 導出口を示す。 特 許 出 願 人 石川島播磨重工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １）空気取入口の空気の取入側から導出側に向って徐々
    に径を縮小させた形状を有し且つ冷却媒体の導入口と導
    出口を有するテーパ状ケーシングヘッダと、該テーパ状
    ケーシングヘッダの軸中心部に配置した中心ヘッダと、
    前記テーパ状ケーシングヘッダと中心ヘッダとの間を半
    径方向に接続し且つ前記取入側から導出側にかけて螺旋
    冷却管列を形成する如く複数配設した冷却管とを備えた
    ことを特徴とする空気液化エンジン用空気予冷器。
JP2278536A 1990-10-17 1990-10-17 空気液化エンジン用空気予冷器 Expired - Lifetime JP2817387B2 (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3775977A (en) * 1961-08-23 1973-12-04 Marquardt Corp Liquid air engine
JPS5643433U (ja) * 1979-09-11 1981-04-20

Patent Citations (2)

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