(57)【要約】【課題】流量係数を安定させて、酸化二窒素の流量を一定にし、これにより燃焼圧力を安定させられるようにする。【解決手段】本発明は、  エタノールを噴射するための複数のエタノール噴射孔１４ａと、酸化二窒素を噴射するための複数の酸化二窒素噴射孔１５ａを配列した酸化二窒素／エタノール噴射器において、上記各酸化二窒素噴射孔１５ａの開口断面積を、その流入口１５ａ´側から噴出口１５ａ″に向けて次第に増大させて形成している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エタノールを噴射するための複数のエタノール噴射孔と、酸化二窒素を噴射するための複数の酸化二窒素噴射孔を配列した酸化二窒素／エタノール噴射器において、
上記各酸化二窒素噴射孔の開口断面積を、その流入口側から噴出口に向けて次第に増大させて形成していることを特徴とする酸化二窒素／エタノール噴射器。
【請求項２】
酸化二窒素噴射孔の流入口側に絞り部を形成している請求項１に記載の酸化二窒素／エタノール噴射器。
【請求項３】
エタノール噴射孔の開口断面積を流入口側から噴出口に向けて一定に形成している請求項１又は２に記載の酸化二窒素／エタノール噴射器。
【請求項４】
互いに隣り合う二つのエタノール噴射孔を、これらから噴射されるエタノールが、噴射直後に衝突するように形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化二窒素／エタノール噴射器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化二窒素／エタノール噴射器を用いたことを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばロケットの最終段液体ステージや空気吸い込みエンジン等に用いられる酸化二窒素／エタノール噴射器とこれを用いた燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の関連技術として、非特許文献１に「Ｎ２Ｏ／エタノール推進系の実証研究について」と題された講演会資料がある。
非特許文献１によれば、酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）／エタノールともに常温の液状態で噴射器に供給され、また、一般的な液‐液同種衝突型噴射器を採用している。
【０００３】
ところが、酸化二窒素は、常温５ＭＰａでは液状態であるが、２ＭＰａでは気体となる。従って、上記液‐液同種衝突型噴射器内では液状態であるが、燃焼装置内に噴射される途中において沸騰し、燃焼装置内には気液混合状態で噴射されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】徳留 真一郎、他４名”Ｎ２Ｏ／エタノール推進系の実証研究について：宇宙輸送シンポジウム”、［ONLINE］、平成２２年１月１４，１５日、［平成２４年９月２４日検索］、インターネット<URL:http://www.isas.jaxa.jp/j/researchers/symp/2010/image/0114_yusou_kagaku_prog.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
すなわち、上記した酸化二窒素の沸騰は噴射オリフィス内で始まるため、流量係数が安定せず、そのことが原因で酸化二窒素の流量が不安定になり、燃焼圧力を安定させられないという課題が未解決のままである。
【０００６】
そこで本発明は、流量係数を安定させて、酸化二窒素の流量を一定にし、これにより燃焼圧力を安定させられる酸化二窒素／エタノール噴射器とこれを用いた燃焼装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る酸化二窒素／エタノール噴射器は、エタノールを噴射するための複数のエタノール噴射孔と、酸化二窒素を噴射するための複数の酸化二窒素噴射孔を形成したものである。
本発明においては、上記各酸化二窒素噴射孔の開口断面積を、その流入口側から噴出口に向けて次第に増大させて形成している。
【０００８】
この構成によれば、各酸化二窒素噴射孔から噴射された酸化二窒素は、エタノール噴射孔内において気化されて噴射されるので、流量係数を安定させて酸化二窒素の流量を一定にし、これにより燃焼圧力を安定させられる。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る燃焼装置は、上記した酸化二窒素／エタノール噴射器を用いたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、酸化二窒素噴射孔の開口断面積を、その流入口側から噴出口に向けて次第に増大させて形成しているので、酸化二窒素を酸化二窒素噴射孔内で気化させることができ、これにより、流量係数を安定させて酸化二窒素の流量を一定にし、また、燃焼圧力を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化二窒素／エタノール噴射器を適用した燃焼装置の概略断面図である。
【図２】図１に包囲線Ｉで示す部分の断面斜視図である。
【図３】噴射器の噴射面の拡大図である。
【図４】（Ａ）は、噴射孔形成板に形成されている一対のエタノール噴射孔と酸化二窒素噴射孔を示すものであり、半径線と平行な部分断面図、（Ｂ）は、噴射孔形成板に形成されているエタノール噴射孔のみを示すものであり、半径線と直交する部分断面図、（Ｃ）は、噴射孔形成板に形成されている酸化二窒素噴射孔のみを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る酸化二窒素／エタノール噴射器を適用した燃焼装置の概略断面図、図２は、図１に包囲線Ｉで示す部分の断面斜視図である。
【００１３】
燃焼装置Ａは、本発明の一実施形態に係る酸化二窒素／エタノール噴射器（以下、単に「噴射器」という。）１０、点火器２０及び燃焼器３０を有して構成されている。
燃焼器３０は、軸線Ｏを中心とした円筒形にした燃焼部３１と、この燃焼部３１に連続するノズル部３２を備えており、本実施形態においては、繊維強化セラミックス（ＳｉＣ／ＳｉＣ）によって形成している。
【００１４】
燃焼部３１の開口３１ａには、上記した噴射器１０が固定されている。
この噴射器１０は、上記燃焼部３１を閉じる大きさの略円柱形に形成されており、その開口３１ａよりもやや大きな外径にして形成されている。
【００１５】
噴射器１０の周壁１０ａには、液状のエタノールを供給するためのエタノール供給パイプ１１が連結され、また、外壁面１０ｂには、軸線Ｏから外方に偏らせて液状の酸化二窒素を供給するための酸化二窒素供給パイプ１２が連結されているとともに、その軸心Ｏに一致して上記点火器２０が連結されている。
なお、上記したエタノール供給パイプ１１や酸化二窒素供給パイプ１２には、エタノールや酸化二窒素を加圧供給するための例えばターボポンプ（図示しない）がそれぞれ連結されている。
【００１６】
図３は、噴射器の噴射面の拡大図、図４（Ａ）は、噴射孔形成板に形成されている一対のエタノール噴射孔と酸化二窒素噴射孔を示すものであり、半径線と平行な部分断面図、（Ｂ）は、噴射孔形成板に形成されているエタノール噴射孔のみを示すものであり、半径線と直交する部分断面図、（Ｃ）は、噴射孔形成板に形成されている酸化二窒素噴射孔のみを示す部分断面図である。
【００１７】
噴射器１０の燃焼室３１に臨む噴射面（内壁面）１０ｃには、５つのリング状の溝１３ａ〜１３ｅが軸心Ｏを中心とした同心円状に凹陥形成されているとともに、それらの溝１３ａ〜１３ｅには、これらの開口に対応する同じくリング形の噴射孔形成板１４〜１８が嵌合固定されている。
【００１８】
噴射器１０内には、上記の溝１３ａ〜１３ｅのうち、溝１３ａ，１３ｃ，１３ｅに、エタノールが送給されるように、また、溝１３ｂ，１３ｄに酸化二窒素がそれぞれ送給されるように図示しない流路が形成されている。
【００１９】
噴射孔形成板１４，１６，１８には、エタノールを噴射するための複数対のエタノール噴射孔１４ａ，１４ａ、１６ａ，１６ａ、１８ａ，１８ａがそれぞれ所要の角度間隔にして配列形成されている。
【００２０】
本実施形態においては、隣り合う二つのエタノール噴射孔１４ａ，１４ａ（１６ａ，１６ａ、１８ａ，１８ａ）によって対をなしている。
エタノール噴射孔１４ａ、１６ａ、１８ａは、これの流入口１４ａ′から噴出口１４ａ″にかけて一定の内径にしたものであるが、必ずしも一定の内径にする必要はない。
【００２１】
図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、各一対のエタノール噴射孔１４ａ，１４ａ（１６ａ，１６ａ、１８ａ，１８ａ）は、互いのエタノール噴射孔１４ａ，１４ａ（１６ａ，１６ａ、１８ａ，１８ａ）から噴射したエタノールどうしを、噴射直後に衝突させる角度にして形成されている。これにより、微粒化とともに混合を促進させることができる。
【００２２】
また、図４（Ａ），（Ｃ）に示すように、噴射孔形成板１５，１７には、酸化二窒素を噴射するための酸化二窒素噴射孔１５ａ、１７ａが形成されている。
本実施形態において示す酸化二窒素噴出孔１５ａ（１７ａ）は、これの流入口１５ａ′側から噴出口１５ａ″に向けて開口断面積を次第に増大させたラッパ形に形成している。
さらに、その流入口１５ａ′側近傍に、内径を小さくした絞り部１５ｂ（１７ｂ）を内方に突出させて形成している。
【００２３】
上記した噴射器１０では、酸化二窒素噴射孔１５ａ（１７ａ）の開口断面積を、流入口１５ａ′側から噴出口１５ａ″に向けて次第に増大させたラッパ形に形成しているので、酸化二窒素は、酸化二窒素噴出孔１５ａ（１７ａ）内で気化されることになる。これにより、流量係数を安定させて、酸化二窒素の流量を一定にし、また、燃焼圧力を安定させている。
換言すると、酸化二窒素は、流入口１５ａ′側から噴出口１５ａ″に向けて次第に増大させた酸化二窒素噴出孔１５ａ（１７ａ）内において圧力降下によって気化され、また、酸化二窒素噴射孔１５ａ（１７ａ）内で沸騰するときにも、酸化二窒素噴射孔１５ａ（１７ａ）を閉塞することがない。
【００２４】
また、絞り部１５ｂ（１７ｂ）を流入口１５ａ′側に形成しているので、流入口１５ａ′側における渦の発生を防ぐことができる。
点火器２０は、上記した燃焼室３１内に噴射混合された酸化二窒素とエタノールとを点火するためのものである。
【００２５】
上記した燃焼装置では、燃焼器３０内において気化された酸化二窒素とエタノールとが混合されて点火器２０によって点火されて燃焼する。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上述した実施形態においては、繊維強化セラミックスにより燃焼器を形成した例について示したが、シリカ繊維強化プラスチックＳＦＲＰを採用することができる。
【００２７】
・上述した実施形態においては、二つのエタノール噴射孔１４ａ，１４ａ（１６ａ，１６ａ、１８ａ，１８ａ）を対とした形態のものを例として説明したが、三つ又は四つ以上のエタノール噴射孔を一組とした形態にして使用することもできる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  酸化二窒素／エタノール噴射器
１４ａ，１６ａ，１８ａ  エタノール噴射孔
１４ａ′，１５ａ′  流入口
１４ａ″，１５ａ″  噴出口
１５ａ，１７ａ  酸化二窒素噴射孔
１５ｂ，１７ｂ  絞り部
Ａ  燃焼装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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