(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の推進薬の蒸気ガスを噴射することで推力を得る蒸気噴射装置であって、
前記液状の推進薬を収容するタンク本体と、このタンク本体の内部に配置された複数枚の保持板を具備し、前記タンク本体の内部には、表面張力によって前記複数枚の保持板のそれぞれに前記液状の推進薬を付着させることで該液状推進薬を保持する液状推進薬保持空間と、前記液状の推進薬の一部が気化して生じる蒸気ガスが溜まるガス溜まり空間が形成され、前記タンク本体の液状推進薬保持空間には推進薬注入口が形成されていると共に、ガス溜まり空間にはガス排出口が形成されている液状推進薬タンクと、
この液状推進薬タンクにおけるタンク本体のガス排出口と接続されて、このガス排出口を介して供給される前記タンク本体内部で生じた蒸気ガスを噴射するスラスタを備え、
前記タンク本体から前記スラスタまでのガス供給ラインの温度を前記タンク本体内部の温度よりも高く設定してある
ことを特徴とする蒸気噴射装置。
【請求項２】
液状推進薬の蒸気ガスを噴射することで推力を得る蒸気噴射装置であって、
前記液状の推進薬を収容するタンク本体と、このタンク本体の内部に配置された複数枚の保持板を具備し、前記タンク本体の内部には、表面張力によって前記複数枚の保持板のそれぞれに前記液状の推進薬を付着させることで該液状推進薬を保持する液状推進薬保持空間と、前記液状の推進薬の一部が気化して生じる蒸気ガスが溜まるガス溜まり空間が形成され、前記タンク本体の液状推進薬保持空間には推進薬注入口が形成されていると共に、ガス溜まり空間にはガス排出口が形成され、前記複数枚の保持板は、タンクサイズや液状推進薬の物性や加速度環境に基づいて決定される間隔をおいて並べられている液状推進薬タンクと、
この液状推進薬タンクにおけるタンク本体のガス排出口と接続されて、このガス排出口を介して供給される前記タンク本体内部で生じた蒸気ガスを噴射するスラスタを備え、
前記タンク本体から前記スラスタまでのガス供給ラインの温度を前記タンク本体内部の温度よりも高く設定してある
ことを特徴とする蒸気噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、人工衛星等の宇宙機に搭載されて、液状推進薬タンクに収容した液状の推進薬の一部が気化して生じる蒸気ガスを噴射することで推力を得る蒸気噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような液状推進薬タンクとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
この液状推進薬タンクは、液状推進薬を収容するタンク本体と、このタンク本体の内部にほぼ全体にわたって充填された発泡金属と、タンク本体の周囲に配置されたヒータを備えている。タンク本体にはガス排出口が形成されており、タンク本体に収容される液状の推進薬は、発泡金属に浸み込んだ状態で保持されるようになっている。
【０００４】
この液状推進薬タンクにおいて、ヒータによる加熱によってタンク本体内部の液状推進薬の一部を気化させるようになっており、この液状推進薬タンクを用いた蒸気噴射装置では、タンク本体内部で生じる蒸気ガスをガス排出口と接続するスラスタに供給して噴射させることで推力を得るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2009-214695号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した従来の液状推進薬タンクにおいて、重量の嵩む発泡金属をタンク本体の内部にほぼ全体にわたって充填している都合上、液状の推進薬を浸み込ませた状態で保持することはできるものの、軽量化が望めない。
また、上記した従来の液状推進薬タンクでは、ヒータによる加熱によって推進薬の一部を気化させるにあたって、発泡金属の全体に熱を伝えなくてはならず、その分だけ、多大な外部熱エネルギが必要になるという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、軽量化を実現したうえで、液状推進薬が気化して生じる蒸気ガスのみを外部に供給することができると共に、外部熱エネルギをほとんど必要としない液状推進薬タンクを用いた蒸気噴射装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る発明は、液状の推進薬の蒸気ガスを噴射することで推力を得る蒸気噴射装置であって、前記液状の推進薬を収容するタンク本体と、このタンク本体の内部に配置された複数枚の保持板を具備し、前記タンク本体の内部には、表面張力によって前記複数枚の保持板のそれぞれに前記液状の推進薬を付着させることで該液状推進薬を保持する液状推進薬保持空間と、前記液状の推進薬の一部が気化して生じる蒸気ガスが溜まるガス溜まり空間が形成され、前記タンク本体の液状推進薬保持空間には推進薬注入口が形成されていると共に、ガス溜まり空間にはガス排出口が形成されている液状推進薬タンクと、この液状推進薬タンクにおけるタンク本体のガス排出口と接続されて、このガス排出口を介して供給される前記タンク本体内部で生じた蒸気ガスを噴射するスラスタを備え、前記タンク本体から前記スラスタまでのガス供給ラインの温度を前記タンク本体内部の温度よりも高く設定してある構成としたことを特徴としており、この構成の蒸気噴射装置を前述の従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、液状推進薬の蒸気ガスを噴射することで推力を得る蒸気噴射装置であって、前記液状の推進薬を収容するタンク本体と、このタンク本体の内部に配置された複数枚の保持板を具備し、前記タンク本体の内部には、表面張力によって前記複数枚の保持板のそれぞれに前記液状の推進薬を付着させることで該液状推進薬を保持する液状推進薬保持空間と、前記液状の推進薬の一部が気化して生じる蒸気ガスが溜まるガス溜まり空間が形成され、前記タンク本体の液状推進薬保持空間には推進薬注入口が形成されていると共に、ガス溜まり空間にはガス排出口が形成され、前記複数枚の保持板は、タンクサイズや液状推進薬の物性や加速度環境に基づいて決定される間隔をおいて並べられている液状推進薬タンクと、この液状推進薬タンクにおけるタンク本体のガス排出口と接続されて、このガス排出口を介して供給される前記タンク本体内部で生じた蒸気ガスを噴射するスラスタを備え、前記タンク本体から前記スラスタまでのガス供給ラインの温度を前記タンク本体内部の温度よりも高く設定してある構成としている。
【００１１】
本発明に係る蒸気噴射装置において、液状推進薬タンクのタンク本体には、アルミニウムやＳＵＳ等を用いることができ、保持板としては、軽量な金属、例えば、アルミニウム製の平板を用いることができるが、いずれも特に限定しない。
【００１２】
また、本発明に係る蒸気噴射装置において、液状推進薬タンクのタンク本体に収容される液状の推進薬としては、熱を加えなくても気化し易いものであれば特に限定しない。例えば、液化ガスであるイソブタンや、ＨＦＣ−１３４ａ等の代替フロンを用いることができるが、不燃性で且つ無毒であってタンク本体や保持板を腐食させる虞のないＨＦＣ−１３４ａを採用することが望ましい。
【００１３】
本発明に係る蒸気噴射装置では、液状推進薬タンクのタンク本体の内部に配置した複数枚の保持板のそれぞれに対して、表面張力によって液状の推進薬が付着することで、この液状推進薬を保持する液状推進薬保持空間が推進薬注入口側に形成され、一方、液状の推進薬の一部が気化して生じる蒸気ガスが溜まるガス溜まり空間がガス排出口側に形成されるので、気化した液状推進薬の蒸気ガスのみを外部に供給し得ることとなる。
そして、発泡金属をタンク本体の内部にほぼ全体にわたって充填する必要がないので、軽量化が図られることとなる。
【００１４】
本発明に係る蒸気噴射装置は、液状の推進薬が液状推進薬タンクにおける複数枚の保持板のそれぞれに表面張力によって付着することを利用しているので、微小重力環境下で飛翔するスピン型衛星や３軸型衛星に搭載することができる。この際、タンク本体の軸心をスピン型衛星のスピン軸上に位置させ、複数枚の保持板をタンク本体の軸心周りに互いに適宜間隔をおいて並べるように成せば、スピン型衛星搭載用として好適なものとなる。
【００１５】
さらに、本発明に係る蒸気噴射装置において、気蓄器や燃焼器を必要としないので、その分だけ、システムの軽量化及び簡素化を実現し得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に係る蒸気噴射装置では、上記した構成としているので、液状推進薬タンクの軽量化を実現したうえで、液状推進薬が気化して生じる蒸気ガスのみを外部に供給することができ、加えて、外部熱エネルギを不要なものとすることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。そして、システム全体の軽量化及び簡素化を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る蒸気噴射装置では、上記した構成としているので、システム全体の軽量化及び簡素化を実現することが可能であるのに加えて、液状推進薬タンクにおいて、液状推進薬を効率よく保持して、確実にガス溜まり空間を形成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による蒸気噴射装置の概略システム説明図である。
【図２】図１の蒸気噴射装置における液状推進薬タンクのタンク本体の内部を破断して示す斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る蒸気噴射装置を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る蒸気噴射装置の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る蒸気噴射装置をスピン型衛星に搭載する場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１に示すように、この蒸気噴射装置１は、液状推進薬タンク２と、複数個のスラスタ３とから主として構成されている。
液状推進薬タンク２は、液状の推進薬Ａを収容する球形状を成すタンク本体２１を備えている。このタンク本体２１は、アルミニウムから成り、その軸心Ｌはスピン型衛星のスピン軸上に位置している。
【００２２】
このタンク本体２１の内部には、支持部材２２と、複数枚の保持板２３が配置されている。
支持部材２２は、スピン型衛星の打ち上げ姿勢において下側になるタンク本体２１の図示下部に固定されており、軸心Ｌ上に位置している。
【００２３】
一方、複数枚の保持板２３は、図２に示すように、支持部材２２の周りに並べて配置されて、この支持部材２２を介してタンク本体２１に固定されている。この実施例において、保持板２３は、厚さ１ｍｍのアルミニウム平板で形成されており、互いに３０°の間隔をおいて配置されている。
【００２４】
複数枚の保持板２３は、表面張力によって各々の表面に液状の推進薬Ａを付着させることで液状推進薬Ａを保持するようになっている。つまり、タンク本体２１の内部において、複数枚の保持板２３が占める部分（スピン型衛星の打ち上げ姿勢において下側になるタンク本体２１の図示下側部分）が液状推進薬保持空間ＬＡとして形成され、複数枚の保持板２３が位置しない部分（スピン型衛星の打ち上げ姿勢において上側になるタンク本体２１の図示上側部分）がガス溜まり空間ＧＡとして形成されている。
【００２５】
タンク本体２１のガス溜まり空間ＧＡ側には、ガス排出口２１Ｄが形成され、タンク本体２１の液状推進薬保持空間ＬＡ側には、推進薬注入口２１Ｆが形成されている。
【００２６】
この蒸気噴射装置１において、複数個のスラスタ３は、液状推進薬タンク２のタンク本体２１におけるガス排出口２１Ｄと配管５を介して接続されており、このガス供給ラインである配管５上には、注排液バルブ６及び圧力計７が接続されている。この際、配管５の温度をタンク本体２１よりも必ず高くなるように設定することで、ガス排出口２１Ｄから排出された蒸気ガスが配管５内で液化するのを防止するようにしている。
なお、図１における符号９は、推進薬注入口２１Ｆと接続する注排液バルブである。
【００２７】
上記したように、この実施例に係る液状推進薬タンク２では、タンク本体２１の内部に配置した複数枚の保持板２３のそれぞれに表面張力によって液状の推進薬Ａが付着することで、この液状推進薬Ａを保持する液状推進薬保持空間ＬＡが推進薬注入口２１Ｆ側に形成され、一方、液状の推進薬Ａの一部が気化して生じる蒸気ガスが溜まるガス溜まり空間ＧＡがガス排出口２１Ｄ側に形成されることとなり、したがって、推進薬Ａを気化させて生じる蒸気ガスのみをスラスタ３側に供給し得ることとなる。
この際、従来のように、発泡金属をタンク本体の内部にほぼ全体にわたって充填する必要がないので、大幅な軽量化が図られることとなる。
【００２８】
そして、この実施例に係る蒸気噴射装置１では、気蓄器や燃焼器を必要としないので、その分だけ、システムの軽量化及び簡素化を実現し得ることとなる。
【００２９】
上記した実施例では、本発明に係る蒸気噴射装置をスピン型衛星に搭載する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係る蒸気噴射装置を３軸型衛星に搭載することが可能である。
【００３０】
また、本発明に係る蒸気噴射装置の構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３１】
１  蒸気噴射装置
２  液状推進薬タンク
３  スラスタ
２１  タンク本体
２１Ｄ  ガス排出口
２１Ｆ  推進薬注入口
２３  保持板
Ａ  液状の推進薬
ＧＡ  ガス溜まり空間
ＬＡ  液状推進薬保持空間
【図１】
0005509428.tif 000002
【図２】
0005509428.tif 000003