JPH09133226A - キャビテーション発生弁 - Google Patents

キャビテーション発生弁

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JPH09133226A
JPH09133226A JP29253695A JP29253695A JPH09133226A JP H09133226 A JPH09133226 A JP H09133226A JP 29253695 A JP29253695 A JP 29253695A JP 29253695 A JP29253695 A JP 29253695A JP H09133226 A JPH09133226 A JP H09133226A
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JP
Japan
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valve
cavitation
outlet
small holes
liquid
Prior art date
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Pending
Application number
JP29253695A
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English (en)
Inventor
Kotaro Matsumura
孝太郎 松村
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体にキャビテーションを発生させて弁を通
る液体の蒸発を促進する。 【解決手段】 本発明のキャビテーション発生弁は、弁
体に多数の小孔が明けられていて、弁体を回動すること
により、流体の入口と出口とを連通する小孔の数を変化
させることのできる弁であって、弁を通過する液体を絞
って飽和蒸気圧未満に圧力降下させることによりキャビ
テーションを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はロケットなどの宇宙
航行機に使用される弁に係り、特に液体燃料等の制御や
放出などで液体にキャビテーションを発生させる弁に関
する。
【0002】
【従来の技術】打上げロケットや人工衛星等の姿勢制御
や打上げたロケットをトランスファー軌道からドリフト
軌道に投入するためなどに、ヒドラジンなどの液体燃料
の分解ガスを噴射する1液方式のアポジエンジンや液体
燃料に液体酸化剤を反応させて噴射させる2液式のアポ
ジエンジンが使用される。
【0003】図6は2液式アポジエンジンの概念図であ
る。図においてaはアポジエンジンである。bは推薬
弁、cは噴射器、dは燃焼室、eはノズルスカート、f
は燃料放出弁である。また、矢印Fはヒドラジン(N2
4 )などの液体燃料の流れを表しており、矢印OはN
TO(N2 4 )などの液体酸化剤の流れを表してい
る。液体燃料Fおよび液体酸化剤Oは推薬弁bで最終的
に流量が制御されてアポジエンジンaに送られ、そこで
反応して燃焼し推力を得る。また、液体燃料Fを宇宙空
間に放出したい場合がある。その場合には燃料放出弁f
を開放する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたような2液
式アポジ推進系において次のような問題がある。 推薬弁bは液体燃料Fおよび液体酸化剤Oの流量を
制御することにより、アポジエンジンaの推力を制御す
るものであるが推力を小さくするため推薬弁の開度を深
絞り(ディープスロットリング)すると、流れが不安定
になり、燃焼振動を起す場合がある。そうするとアポジ
エンジンの推力が変動してしまう。 燃料放出弁fから放出された液体は付近の壁面など
に付着する。付着した液体燃料は真空中で急激に蒸発
し、蒸発熱が奪われてそこで氷結してしまう。
【0005】本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案
出されたもので、アポジエンジンの推力を深絞りした場
合にも安定した推力が得られると共に燃料放出弁から放
出された燃料の氷結がないようにするためキャビテーシ
ョンを利用して液体燃料の蒸発を補助するキャビテーシ
ョン発生弁を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本願第1発明のキャビテーション発生弁は、弁体に多
数の小孔が明けられていて、弁体を回動することによ
り、流体の入口と出口とを連通する小孔の数を変化させ
ることのできる弁であって、弁を通過する液体を絞って
飽和蒸気圧未満に圧力降下させることによりキャビテー
ションを発生させる。
【0007】上記キャビテーション発生弁は、弁体が球
状であってもよいし、円柱状または截頭円錐状であって
もよい。また球体の入口と出口が同一直線上にあるよう
に配置されていてもよいし、互いに直交していてもよ
い。
【0008】本願の第2発明のキャビテーション発生弁
は、弁体に多数の小孔が明けられた板状をしていて、弁
体を流体の出入口に対して直交する方向に摺動すること
により、流体の入口と出口とを連通する小孔の数を変化
させることができる弁であって、弁を通過する液体を絞
って飽和蒸気圧未満に圧力降下させることによりキャビ
テーションを発生させる。
【0009】次に本発明のキャビテーション発生弁の作
用を説明する。弁を通る液体を弁により絞ると圧力が降
下するが、圧力がその液体のそのときの温度での飽和蒸
気圧未満に下ると沸騰が起り多数の気泡が発生する。こ
れがキャビテーション現象である。キャビテーションは
機器の性能劣化、壊食、振動、騒音等の障害をもたらす
ので従来極力発生しないようにしていたものであるが、
本発明ではこれを逆に積極的に利用して内部を流れる液
体の蒸発を促進させようとするものである。弁体に多数
の小孔を明け、キャビテーションは、その小孔内または
小孔出口で発生するので、個々のキャビテーションのエ
ネルギが小さく、振動、騒音等の発生も少ない。弁を流
れる流量が変化したときには、弁体を回動または液体出
入口に対して直交する方向に摺動させて、液体の入口と
出口とを連通する小孔の数を変化させることにより、絞
り具合を変化させ、所要の圧力降下を維持することがで
き、キャビテーションを発生させ続けることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について図
面を参照しつつ説明する。図1は本発明のボール弁形式
のキャビテーション発生弁の図面であり、図1(A)は
側断面図、図1(B)は平断面図、図1(C)は図1
(A)のC−C矢視図である。図1において、1は球状
の弁体であり、直径1〜5mmの多数の小孔2が明けら
れている。3は弁体1に固着された軸であり、軸3の先
端にはハンドル4が固着されている。なお、軸3は手動
で回動させてもよいが、電動など他の手段により駆動し
てもよい。5は弁体1を収容するケーシングであり、流
体入口5aおよび流体出口5bを有している。流体は矢
印Aの方向に流入する。弁体1を回動することにより、
図1(B)に示すように、小孔2の一部が弁座5cによ
り閉塞され、流体入口5aと流体出口5bとを連通する
小孔2の数が変化し、流体を絞る程度が変化する。
【0011】次に本実施形態の作用を説明する。一般に
管内を流れる流体に絞りを与えるとその部分で流速が高
まり、圧力のエネルギが速度のエネルギに変化するので
静圧が低下する(ベルヌーイの定理)。図7は流体が液
体であるときのかかる現象の実験結果の1例を図示した
もので、直径Dの管7内にノズル6を取付けて管壁にお
ける静圧(mmHg)の変化を管軸方向の長さLを横軸
として示したものである。図7(A)は管7内にノズル
6を取付けた状態を示す側断面図であり、図7(B)は
図7(A)の管軸方向の各位置における管壁の圧力(静
圧)を表しており、横軸は管軸方向の距離L、縦軸は静
圧mmHg(ケージ圧)を表している。図7(B)に示
すようにノズル6内で圧力が急激に低下し、静圧が管7
内を流れる液体のそのときの温度における飽和蒸気圧P
vより低下すると急激に沸騰が起り、多数の気泡が発生
し、気液混合流となる。すなわち、キャビテーションを
起す。本発明のキャビテーション発生弁では、弁体1に
設けた多数の小孔2内で、弁内を通る液体が絞られて流
速が上がり、静圧が低下するが、静圧が液体の飽和圧力
より低下するとキャビテーションが発生する。このとき
小孔は直径が小さく、内部を流れる液体流量も少いので
キャビテーションのエネルギも小さい。したがってキャ
ビテーションによる振動・騒音などの弊害は少ないが、
液体の蒸発が活発に行われるので本発明の目的が達成さ
れる。
【0012】次に本発明の他の実施形態につき説明す
る。図2はボール弁形式、かつ、アングル弁形式のキャ
ビテーション発生弁の側断面図である。図に示すように
ケーシング5dの流体入口5eと流体出口5fとは互い
に直交しており、したがって小孔2aも入口2cと出口
2dが互いに直交している。小孔が直角に曲っているの
で中を流れる液体の圧力降下が図1に示すものよりも大
きい。
【0013】図3は弁体1bが円柱状をしていて、コッ
ク形式のキャビテーション発生弁の側断面図である。作
用については図1に示すボール弁形式のものとほぼ同じ
である。なお、図3では弁体1bが円柱状のものとして
示したが、截頭円錐状であってもよい。
【0014】図4は弁体が円柱状をしていてコック形
式、かつ、アングル弁形式のキャビテーション発生弁の
側断面図である。作用については図2に示すものとほぼ
同じである。
【0015】図1および図3において小孔2は入口から
出口まで直径の変らない直管状のものであって、入口,
出口の角はシャープなものとして示しているが、入口,
出口にRをつけるようにしてもよいし、図8(A)に示
すように入口から出口に向けて縮径するようにしてもよ
い。また図8(B)に示すように小孔2内にさらにオリ
フィス8を設けてもよい。
【0016】図5は弁体1dが平板状であって、仕切弁
形式のキャビテーション発生弁の側断面図である。弁体
1dはケーシング5g内を液体の出入口5i,5hに対
して直交する方向に摺動することにより、流体の入口5
hと出口5iとを連通する小径2eの数を変化させる。
小孔2eは図に示すように入口から出口に向って拡径す
るオリフィス形式になっている。
【0017】一般にノズルとオリフィスとを比較すると
オリフィスの方が圧力降下が大きい。図9はノズルとオ
リフィスの圧力損失係数Kと開口比(d/D)2 (ここ
でDは管径、dはノズルまたはオリフィスの最小口径)
との関係を示す一例である。実線はノズル、一点鎖線は
オリフィスでの関係を示すカーブである。したがって流
量計などに用いる場合にはノズルの方が優れているが、
本発明では圧力降下によりキャビテーションを発生させ
ようとするものなので必ずしもオリフィスが劣っている
ということではない。
【0018】以上述べたキャビテーション発生弁は例え
ば次のように使用する。図6において推薬弁bの上流に
取り付ければ液体燃料または液体酸化剤の一部がキャビ
テーションにより気化し推薬弁bを流れる流体は気液混
合流となり、体積が膨張しているので液体燃料または液
体酸化剤の流量が少ない場合でも推薬弁bを深絞り(デ
ィープ・スロットリング)する必要がなく、燃焼振動を
起すおそれがなくなる。さらに図6において燃料放出弁
fにキャビテーション発生弁を使用すれば、弁内部でキ
ャビテーションにより液体燃料の気化が促進されるの
で、弁の出口では完全に気化しており、付近の壁面に付
着することもなく氷結もない。
【0019】本発明のキャビテーション発生弁は、以上
実施の形態で述べた構造または用途に限定されるもので
はなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可
能である。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のキャビテー
ション発生弁は、弁体に多数の小孔を明け、弁内を流れ
る液体を絞って、圧力降下させ、キャビテーションを発
生させるようにしたので、弁内部で液体の気化が促進さ
れるという効果がある。したがってこれを流量制御弁の
前に使用すれば流量が極端に少ないときも制御弁の深絞
りの必要がなく深絞りによる流量変動のおそれがない。
またキャビテーション発生弁を宇宙空間への液体燃料の
放出弁として使用すれば、放出弁付近の氷結を防ぐこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のキャビテーション発生弁の断面図であ
る。
【図2】本発明のキャビテーション発生弁の他の実施形
態を示す側断面図である。
【図3】本発明のキャビテーション発生弁の他の実施形
態を示す側断面図である。
【図4】本発明のキャビテーション発生弁の他の実施形
態を示す側断面図である。
【図5】本発明のキャビテーション発生弁の他の実施形
態を示す側断面図である。
【図6】アポジエンジンのフローシートである。
【図7】ノズルにおける圧力降下の実験結果を示すグラ
フである。
【図8】本発明のキャビテーション発生弁の小孔の形状
を示す断面図である。
【図9】オリフィスとノズルの損失係数と開口比との関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d 弁体 2,2a,2e 小孔

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弁体に多数の小孔が明けられていて、弁
    体を回動することにより、流体の入口と出口とを連通す
    る小孔の数を変化させることのできる弁であって、弁を
    通過する液体を絞って飽和蒸気圧未満に圧力降下させる
    ことによりキャビテーションを発生させるキャビテーシ
    ョン発生弁。
  2. 【請求項2】 小孔の内部にオリフィスを設けた請求項
    1記載のキャビテーション発生弁。
  3. 【請求項3】 弁体が球状のボール弁形式である請求項
    1または請求項2記載のキャビテーション発生弁。
  4. 【請求項4】 弁体が円柱状または截頭円錐状のコック
    形式である請求項1または請求項2記載のキャビテーシ
    ョン発生弁。
  5. 【請求項5】 流体の入口と出口が互いに直交するアン
    グル弁形式である請求項3または請求項4記載のキャビ
    テーション発生弁。
  6. 【請求項6】 弁体に多数の小孔が明けられた板状をし
    ていて、弁体を流体の出入口に対して直交する方向に摺
    動することにより、流体の入口と出口とを連通する小孔
    の数を変化させることができる弁であって、弁を通過す
    る液体を絞って飽和蒸気圧未満に圧力降下させることに
    よりキャビテーションを発生させるキャビテーション発
    生弁。
JP29253695A 1995-11-10 1995-11-10 キャビテーション発生弁 Pending JPH09133226A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009514664A (ja) * 2005-11-08 2009-04-09 カウンスィル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ 海水/船舶バラスト水の消毒装置及び方法
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US9822887B2 (en) 2014-02-13 2017-11-21 Hanon Systems Two phase ball expansion valve for heat pump
CN108662185A (zh) * 2018-05-24 2018-10-16 江苏天域阀业制造有限公司 一种具有缓冲作用的阀门
CN109185551A (zh) * 2018-09-26 2019-01-11 庄素藤 一种自内水循环式的新型温感防冻阀门
KR20200041053A (ko) * 2018-10-11 2020-04-21 최태천 양식장용 믹싱 펌프 어셈블리

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