(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体にキャビテーションを発生させて噴射するディフューザ（１２）と、ディフューザへの加圧流体の流入を調節するテーパ状弁体（１４）とが設けられたキャビテーションベンチュリバルブ（１１）であって、弁座（１６）をディフューザ（１２）の軸線に対して４５度以上直線状に傾斜させてなる圧力開放部を備えることを特徴とするキャビテーションベンチュリバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はキャビテーションベンチュリバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４はスロットリングエンジンの例を示すものである。このエンジンでは、加圧ガス供給系１により加圧室２Ａ，２Ｂに供給されたガス（例えばヘリウム）が、ヒドラジン貯槽３ＡとＮＴＯ貯槽３Ｂに蓄えられたヒドラジンとＮＴＯを加圧することで、ヒドラジンとＮＴＯが燃焼器４に供給され、燃焼器４において燃焼して推力を発生する。
このとき、圧力計５によって燃焼器４の圧力を感知し、圧力計５の出力信号を入力される推力制御装置６によって流量制御弁７Ａ，７Ｂを制御して、ヒドラジンとＮＴＯの供給をコントロールすることで推力の調整をしている。
【０００３】
惑星探査用宇宙船の例では、推力を１００％から１０％の範囲で調整し得るようにして、例えば月面直陸時の円滑化を図ることが必要であり、流量制御弁７Ａ，７Ｂの機能を満足させるために、流量制御弁として、ベンチュリバルブと可変インジェクタとを直列状態に接続して２段階に調整する方法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベンチュリバルブは、構造的に完全閉鎖可能であるため、流体を１００％から０％の範囲で調整できる筈であるが、調整範囲が３０％から０％の範囲になると、燃焼振動が発生するが、この振動を抑制するため可変インジェクタによる制御を併用せざるを得なくなる。
惑星探査用宇宙船等にあっては、総重量を小さくするすることが要求されるものの、上述のベンチュリバルブと可変インジェクタとの組み合わせ構造では軽量化の点で不利となり易い。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼流量制御範囲を拡大すること。
▲２▼構造の簡単化と重量の減量化を図ること。
▲３▼燃焼振動の発生を抑制すること。
▲４▼安定した制御を確保すること。
▲５▼コスト上昇を抑制すること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
流体にキャビテーションを発生させて噴射するディフューザと、ディフューザへの加圧流体の流入を調節するテーパ状弁体とが設けられ、弁座における弁穴上流位置に、流路の断面積を大きくした圧力解放部が配される。
この圧力解放部にあっては、弁座の傾斜をディフューザの軸線に対して４５度以上に大きくすることによって設定される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るキャビテーションベンチュリバルブの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１及び図２において、符号１１はキャビテーションベンチュリバルブ、１２はディフューザ、１３は弁穴（絞り穴）、１４は弁体（ピントル）、１５は圧力解放部、１６は弁座、１７は流体入口、１８は流体出口である
【０００８】
キャビテーションベンチュリバルブ１１にあっては、ディフューザ１２の上流に絞り穴１３が設けられ、該絞り穴１３の回りに弁座１６が配され、弁座１６の内部に圧力解放部１５が形成され、絞り穴１３からディフューザ１２の内部にピントル１４が挿入状態として配され、圧力解放部１５の上流に流体入口１７が連結状態として配され、ディフューザ１２の下流に流体出口１８が連結状態として配されている。
【０００９】
絞り穴１３はエッジ形状とされており、弁座１６の傾斜角θは、ディフューザ１２の軸線に対して４５度以上に設定される。
ロッド状のピントル１４の先端部にはテーパ部１４ａが形成され、該テーパ部１４ａと絞り穴１３との間には環状間隙１９が形成される。ピントル１４の後端は直線駆動軸２０に連結されており、直線駆動軸２０は直線駆動部２１に接続され、ピントル１４は直線駆動軸２０を介してディフューザ１２の軸線に沿って直線駆動可能に配される。
流体入口１７の上流には流体供給系２２が接続され、流体出口１８の下流には流体消費系２３が接続される。
【００１０】
このようなキャビテーションベンチュリバルブ１１にあっては、流体供給系２２によって供給されて流体入口１７から流入した流体を、圧力解放部１５から絞り穴１３を通過してディフューザ１２に流体にキャビテーションを発生させて噴射し、気化状態になった流体を流体出口１８を経由して流体消費系２３へ送り込む。この気化状態となった流体は、流体消費系２３において消費される。
この際、直線駆動部２１により直線駆動軸２０を駆動しピントル１４を変位させて環状間隙１９の面積を変化させることで絞り穴１３を通過する流体量の制御を行う。
【００１１】
この際、直線駆動部２１により直線駆動軸２０を駆動することで、ピントル１４を矢印Ａの方向へ変位させると、テーパ部１４ａはテーパ状とされているために絞り穴１３の位置にあるピントル１４の断面積が増大し、環状間隙１９の面積は縮小して絞り穴１３を通過する流体量は減少する。
直線駆動部２１により直線駆動軸２０を駆動することで、ピントル１４を矢印Ａと逆方向へ変位させると、テーパ部１４ａはテーパ状とされているために絞り穴１３の位置にあるピントル１４の断面積が縮小し、環状間隙１９の面積は拡大して絞り穴１３を通過する流体量は増大する。
この結果、キャビテーションベンチュリバルブ１１にあっては、直線駆動軸２０の変位に応じて、流体消費系２３に送り込まれる流体量が制御される。
【００１２】
【実施例】
上述のように、本発明の一実施形態に係るキャビテーションベンチュリバルブにおいて、制御性能を調べるための燃焼試験用の供試体の諸元を以下に示す。
（１）使用流体              ：    ＮＴＯ
（２）流量                  ：    ０．４〜０．０４ｋｇ／ｓ
（３）入口圧力              ：    ２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ
（４）保証圧力              ：    ５０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ
（５）制御比                ：    １０：１
（６）応答性                ：    ７５ｍｓ（１００〜１０％）
（７）消費電力              ：    ５６Ｗｍａｘ
（８）重量                  ：    ３ｋｇ
（９）サイズ
（ａ）ピントルテーパ角    ：２．２７度
（ｂ）ピントル径          ：５．６８４ｍｍ
（ｃ）絞り穴径            ：５．７２０ｍｍ
（ｄ）圧力解放部角度      ：５０．８４度
【００１３】
上記諸元を備えるキャビテーションベンチュリバルブに対して、環状間隙を１００％から１０％までの開度に変化させ、各々に対して流量−差圧（入口圧力と出口圧力の差）特性を調べた。その結果、図３のグラフを得た。
このグラフにおいて、線Ｋが開度１０％の状態に、線Ｌが開度２５％の状態に、線Ｍが開度５０％の状態に、線Ｎが開度１００％の状態に対応している。
図３のグラフより以下のことが明らかである。
差圧が３ｋｇ／ｃｍ2 より大きい範囲ではほぼ、開度に比例して流量が増加しており、かつ、差圧が５ｋｇ／ｃｍ2〜１５ｋｇ／ｃｍ2の範囲では流量そのものも安定し流量の一定性を維持している。
この結果、図１及び図２例のキャビテーションベンチュリバルブにあっては、差圧を３ｋｇ／ｃｍ2 とする使用域で流量１００〜１０％の制御を安定して行うことができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のキャビテーションベンチュリバルブによれば、以下の効果を奏する。
（１）弁座に圧力解放部を配することにより、流量制御範囲を拡大し、１００〜１０％の流量制御を行うことができる。
（２）ベンチュリバルブ単体のみの使用とすることにより、構造の簡単化と重量の減量化を図ることができるとともに、部品点数の減少によってコスト低減を図ることができる。
（３）弁座の傾斜を４５度以上とする簡単な設定で圧力解放部を配することができるとともに、惑星探査用宇宙船にあっては、燃焼振動の発生を抑制することができ、安定した制御を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るキャビテーションベンチュリバルブの一実施形態を示す一部の記載を省略した正断面図である。
【図２】  図１の要部を拡大した側面図である。
【図３】  本発明に係るキャビテーションベンチュリバルブの一実施例の流量−差圧曲線図である。
【図４】  従来のスロットリングエンジンの制御例を示す結線図である。
【符号の説明】
１…加圧ガス供給系，２Ａ…加圧室，２Ｂ…加圧室，３Ａ…ヒドラジン貯槽，３Ｂ…ＮＴＯ貯槽，４…燃焼器，５…圧力計，６…推力制御装置，７Ａ…流量制御弁，７Ｂ…流量制御弁，１１…キャビテーションベンチュリバルブ，１２…ディフューザ，１３…絞り穴（弁穴），１４…ピントル（弁体），１４ａ…テーパ部，１５…圧力解放部，１６…弁座，１７…流体入口，１８…流体出口，１９…環状間隙，２０…直線駆動軸，２１…直線駆動部，２２…流体供給系，２３…流体消費系，θ…傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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