KR101179665B1 - 액체 로켓 반복 점화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 로켓 반복 점화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 별도의 산소 공급이나 점화장치 없이 작동 가능한 액체 로켓 반복 점화 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 내부에 촉매가 채워지고, 일단에 과산화수소(H₂O₂) 공급구가 구비되며, 타단에 분해가스 분사노즐이 구비된 하우징과, 상기 분해가스 분사노즐에서 분사되는 과산화수소 분해가스에 케로신(Kerosene)을 분사하여 케로신의 자발점화를 일으키도록 하는 케로신 분사노즐과, 케로신 자발점화 화염에 액체산소를 공급하여 연소를 지속시키는 액체산소 분사노즐을 포함하는 액체 로켓 반복 점화 장치를 제공한다.

Description

액체 로켓 반복 점화 장치{Repeated Ignition device for liquid fuel rocket}

본 발명은 액체 로켓 반복 점화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 별도의 산소 공급이나 점화장치 없이 작동 가능한 액체 로켓 반복 점화 장치에 관한 것이다.

종래 반복 점화를 위해 원하는 반복 회수만큼 일회성의 점화기를 장착하여 액체 로켓의 점화를 이루었다. 따라서 여러 회의 반복 점화가 필요한 경우 그만큼의 점화기가 필요하므로 로켓 엔진이 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 발사체는 인공위성의 궤도 투입을 위해 고공에서 수회의 반복 점화가 필요하고, 반복 점화는 매우 정확한 시간에 높은 신뢰성으로 달성되어야만 하며, 반복 점화는 진공 환경에서 기능을 작동해야 하는 특성에 부합할 수 있는 액체 로켓 반복 점화 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 액체 로켓 반복 점화 장치에 관한 것으로서, 내부에 촉매(4)가 채워지고, 일단에 과산화수소(H₂O₂) 공급구(11)가 구비되며, 타단에 분해가스 분사노즐(5)이 구비된 하우징(10);과, 상기 분해가스 분사노즐(5)에서 분사되는 과산화수소 분해가스에 케로신(Kerosene)을 분사하여 케로신의 자발점화를 일으키도록 하는 케로신 분사노즐(6); 및 케로신 자발점화 화염에 액체산소를 공급하여 연소를 지속시키는 액체산소 분사노즐(7);을 포함하는 액체 로켓 반복 점화 장치를 제공한다.

여기서, 상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)에 경사지게 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)에 대해 30~60°경사지게 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)의 외주면을 감싸면서 동심원을 이루는 환형의 노즐인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)의 외주면 둘레를 따라 배치된 복수의 노즐인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과산화수소 공급구(11)에는 개폐 밸브(8)가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과산화수소 공급구(11)는 케로신의 자발점화가 시작되면 상기 개폐 밸브(8)에 의해 닫히는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 활용하면, 발사체 액체 로켓의 반복 점화가 가능해지고, 대기 중 산소를 사용하는 것이 아니라 액체 산소를 사용하기 때문에 진공환경에서도 사용이 가능하며, 반복적인 점화능력으로 대기권 밖에서 발사체의 신뢰성 있는 운용이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 로켓 반복 점화 장치 일예의 단면도이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 액체 로켓 반복 점화 장치의 작동을 보여주는 단면도이다(도 2는 점화가 시작될 때, 도 3은 점화 시작 후 액체산소 공급시, 도 4는 점화 시작 후 정상 연소 시의 모습)

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 로켓 반복 점화 장치 일예의 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 액체 로켓 반복 점화 장치의 작동을 보여주는 단면도이다.

도 1에서 보듯이, 본 발명인 액체 로켓 반복 점화 장치는, 분해가스 분사노즐(5)을 구비하는 하우징(10), 케로신 분사노즐(6), 액체산소 분사노즐(7)을 포함하여 구성된다.

상기 하우징(10)은, 내부에 촉매(4)가 채워지고, 일단에 과산화수소(H₂O₂) 공급구(11)가 구비되며, 타단에 분해가스 분사노즐(5)이 구비된다. 상기 촉매(4)는 하우징(10)에 공급되는 과산화수소를 수증기와 산소로 분해하는 역할을 하는 것으로서, 백금(Pt), 은(Ag), 로듐(Rh), 루세늄(Ru)등의 귀금속 촉매 및 산화망간계(MnOx), 망간을 포함하는 복합 산화금속 중 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 상기 촉매(4)는 그레인(Grain) 또는 스크린(Screen) 형태로 유입된 산화제와의 촉매 반응 면적을 넓혀 촉매 반응 효율을 증가시킬 수 있다.

아울러, 상기 과산화수소는 상기 하우징(10)의 일단에 구비된 과산화수소 공급구(11)를 통해 공급되며, 공급구(11)에는 개폐 밸브(8)가 구비되어 과산화수소의 공급을 조절할 수 있도록 한다. 여기서, 상기 과산화수소 공급구(11)는 케로신의 자발점화가 시작되면 상기 개폐 밸브(8)에 의해 닫히도록 조종한다. 자발점화가 시작된 이후에는 화염에 공급되는 케로신(케로신 분사노즐(6)에 의해)과 산소가스(액체산소 분사노즐(7)에 의해)에 의해 연소가 지속되기 때문이다. 또한, 상기 분해가스 분사노즐(5)은 과산화수소가 분해되어 생성된 고온의 산소와 수증기 혼합기체를 배출한다.

상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)에서 분사되는 과산화수소 분해가스(산소)에 케로신(Kerosene)을 분사하여 케로신의 자발점화를 일으키도록 하는 장치이다. 즉, 상기 분해가스 분사노즐(5)에서는 고온의 산소 가스가 배출되는데, 케로신 분사노즐(6)은 상기 산소에 케로신을 분사하여 자발점화를 일으킨다. 즉, 케로신은 고온의 산소와 부딪히면서 자발점화를 일으키는 것이다. 이러한 메커니즘에 의해 점화가 되므로, 본 발명에서는 별도의 점화장치가 필요 없게 된다. 여기서, 상기 케로신 분사노즐(6)은 상기 분해가스 분사노즐(5)에 30~60°정도 경사지게 배치되어 상기 분해가스 분사노즐(5)에서 분사되는 산소 가스와 상기 케로신 분사노즐(6)에서 분사되는 케로신이 효율적으로 부딪힐 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 케로신 분사노즐(6)은 상기 분해가스 분사노즐(5)의 외주면을 감싸면서 동심원을 이루는 환형의 노즐이거나(도 1 참조), 도시는 생략하나 상기 분해가스 분사노즐(5)의 외주면 둘레를 따라 배치된 복수의 노즐일 수 있다.

상기 액체산소 분사노즐(7)은 케로신 자발점화 화염에 액체산소를 공급하여 연소를 지속시키는 장치이다. 즉, 상기 케로신이 자발점화를 일으키더라도 연소를 지속시키기 위해서는 산소가 공급되어야 하므로 이에 액체 산소를 공급하여 연소를 지속시키도록 하는 것이다. 본 발명에서 케로신의 자발점화가 진행되면, 상기 하우징(10)의 과산화수소 공급구(11)에 구비된 개폐 밸브(8)가 닫히면서 과산화수도의 공급이 차단되고, 이후에는 케로신과 액체산소 분사노즐(7)에서 공급되는 액체 산소로 연소를 지속시키게 된다.

여기서, 상기 케로신의 자발점화 과정에서 상기 분해가스 분사노즐(5)에 분사되는 케로신이 분사노즐(5)을 덮게 되므로, 분사노즐(5)을 보호함과 동시에 하우징(10)에 채워진 촉매가 외부로 유출되는 것을 자동으로 막아준다.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 액체 로켓 반복 점화 장치의 작동 과정을 간단히 설명하도록 한다.

도 1에서 보듯이, 최초 점화 과정이 시작되면 과산화수소 탱크로부터 과산화수소 공급구(11)를 통해 과산화수소가 촉매(4)가 채워진 하우징(10)으로 공급된다. 물론, 개폐밸브(8)는 오픈된 상태이다. 촉매를 통해 과산화수소는 수증기와 산소로 분해되고 열을 발생시킨다.

다음으로, 도 2에서 보듯이, 분해가스 분사노즐(5)을 통해 과산화수소에서 분해된 고온의 산소와 수증기 혼합기체가 배출된다. 동시에 케로신이 케로신 분사노즐(6)을 통해 분해가스 분사노즐(5)을 통해 배출되는 고온의 산소 가스와 부딪혀 케로신의 자발 점화를 일으킨다.

이어서, 도 3에서 보듯이, 액체산소 분사노즐(7)을 통해 액체산소가 도 2에서 형성한 화염으로 분출된다. 이로서 케로신과 과산화수소 분해증기의 1차 화염과 케로신과 액체산소의 2차 화염이 형성되어 점화가 된다.

이어서, 개폐밸브(8)가 닫히면 과산화수소 공급이 차단되고 케로신과 액체 산소의 연소만 존재하여 점화 과정이 완료된다.

다음으로, 도 4에서 보듯이, 케로신과 액체 산소의 연소는 케로신 분사노즐(6)과 액체산소 분사노즐(7)이 만나는 곳에서 연소가 일어나고 케로신의 일부는 계속 앞으로 나아가 분해가스 분사노즐(5)을 덮게 된다. 이 케로신은 고온의 연소 가스로부터 분해가스 분사노즐(5)을 보호함과 동시에 하우징(10)에 채워진 촉매(4)가 소모되는 것을 막게 된다.

액체 로켓 엔진이 중단되면 액체산소와 케로신의 공급이 중단되고 최초 상태로 돌아가게 된다. 이후 엔진 점화가 다시 시작되면 맨 처음 과정이 시작된다.

반복 점화는 촉매가 다 없어지거나 기능을 발휘할 때까지, 그리고 과산화수소 탱크가 완전히 비워질 때까지 가능하다. 위 기능은 대기중의 산소나 대기압을 이용하지 않기 때문에 진공 중에서도 작동이 가능하며, 별도의 점화기를 필요로 하지 않는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.

1 : 과산화수소
2 : 케로신 공급
3 : 액체산소 공급
4 : 촉매
5 : 과산화수소 분해가스 분사노즐
6 : 케로신 분사노즐
7 : 액체산소 분사노즐
8 : 개폐밸브
9 : 화염
10 : 하우징
11 : 과산화수소 공급구

Claims (7)

1. 액체 로켓 반복 점화 장치에 관한 것으로서,
   내부에 촉매(4)가 채워지고, 일단에 과산화수소(H₂O₂) 공급구(11)가 구비되며, 타단에 분해가스 분사노즐(5)이 구비된 하우징(10);
   상기 분해가스 분사노즐(5)에서 분사되는 과산화수소 분해가스에 케로신(Kerosene)을 분사하여 케로신의 자발점화를 일으키도록 하는 케로신 분사노즐(6);
   케로신 자발점화 화염에 액체산소를 공급하여 연소를 지속시키는 액체산소 분사노즐(7);을 포함하는 액체 로켓 반복 점화 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)에 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 액체 로켓 반복 점화 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)에 대해 30~60°경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 액체 로켓 반복 점화 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)의 외주면을 감싸면서 동심원을 이루는 환형의 노즐인 것을 특징으로 하는 액체 로켓 반복 점화 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 케로신 분사노즐(6)은, 상기 분해가스 분사노즐(5)의 외주면 둘레를 따라 배치된 복수의 노즐인 것을 특징으로 하는 액체 로켓 반복 점화 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 과산화수소 공급구(11)에는 개폐 밸브(8)가 구비된 것을 특징으로 하는 액체 로켓 반복 점화 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 과산화수소 공급구(11)는 케로신의 자발점화가 시작되면 상기 개폐 밸브(8)에 의해 닫히는 것을 특징으로 하는 액체 로켓 반복 점화 장치.
   

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