特許 6910710 電磁加速装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6910710

(24)【登録日】2021年7月9日

(45)【発行日】2021年7月28日

(54)【発明の名称】電磁加速装置

(51)【国際特許分類】

   F41B 6/00 20060101AFI20210715BHJP

   F41F 7/00 20060101ALI20210715BHJP

   F42B 6/00 20060101ALI20210715BHJP

【ＦＩ】

   F41B6/00

   F41F7/00

   F42B6/00

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-55332(P2017-55332)

(22)【出願日】2017年3月22日

(65)【公開番号】特開2018-159478(P2018-159478A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2020年2月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】阿曽 良之

【審査官】 志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２５１７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０２４４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２４３１２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−０１８１９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ４１Ｂ ６／００

Ｆ４１Ｆ ７／００

Ｆ４２Ｂ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

飛翔体を加速させるための加速空間を挟んで対向して配置された一対の導電レールと、
前記一対の導電レールと共に前記加速空間を囲むように前記加速空間を挟んで対向して配置された一対の絶縁レールと、
前記一対の絶縁レールのそれぞれに設けられた冷媒供給パイプと、
前記一対の絶縁レールの前記冷媒供給パイプのそれぞれの前記加速空間側の端部に設けられ、前記加速空間を挟んで対向している他の絶縁レールの前記加速空間に露出している表面に冷媒を吹き付ける冷媒噴射ノズルと、を備え、
前記表面に付着した冷媒が気化するときの潜熱によって、前記絶縁レールが冷却される、
電磁加速装置。

【請求項2】

前記加速空間を前記飛翔体が通過する前に、前記一対の絶縁レールに冷媒が吹き付けられる、
請求項１に記載の電磁加速装置。

【請求項3】

前記一対の絶縁レールの一方に設けられた前記冷媒噴射ノズルは、前記一対の絶縁レールの他方の前記表面の全てに冷媒が付着するように冷媒を吹き付ける、
請求項２に記載の電磁加速装置。

【請求項4】

前記一対の絶縁レールには、前記飛翔体が通過したときの前記絶縁レールの温度上昇によって全てが気化する量の冷媒が吹き付けられる、
請求項２又は３に記載の電磁加速装置。

【請求項5】

一対の前記冷媒供給パイプと一対の前記冷媒噴射ノズルとからなる冷媒噴射機構が、前記飛翔体の進行方向に複数並べて配置される、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【請求項6】

複数の前記冷媒噴射機構は、前記飛翔体の出射口の側では、前記出射口と反対の側と比べて、疎に配置される、
請求項５に記載の電磁加速装置。

【請求項7】

前記冷媒噴射ノズルは、前記一対の導電レールの前記加速空間に露出した表面にも冷媒を吹き付け、
前記導電レールの表面に付着した冷媒が気化するときの潜熱によって、前記導電レールが冷却される、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【請求項8】

前記一対の絶縁レールのそれぞれに設けられ、前記一対の導電レールを冷却するための冷媒を供給する、導電レール冷却用冷媒供給パイプと、
前記一対の絶縁レールの前記導電レール冷却用冷媒供給パイプのそれぞれの前記加速空間側の端部に設けられ、前記一対の導電レールの前記加速空間に露出している表面に冷媒を吹き付ける導電レール冷却用冷媒噴射ノズルと、を更に備え、
前記導電レールの表面に付着した冷媒が気化するときの潜熱によって、前記導電レールが冷却される、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【請求項9】

一対の前記冷媒供給パイプと一対の前記冷媒噴射ノズルとからなる１以上の第１の冷媒噴射機構と、一対の前記導電レール冷却用冷媒供給パイプと一対の前記導電レール冷却用冷媒噴射ノズルとからなる１以上の第２の冷媒噴射機構とが、前記飛翔体の進行方向で交互に並んで配置される、
請求項８に記載の電磁加速装置。

【請求項10】

前記第１及び第２の冷媒噴射機構は、前記飛翔体の出射口の側では、前記出射口と反対の側と比べて、疎に配置される、
請求項９に記載の電磁加速装置。

【請求項11】

前記飛翔体が前記加速空間を通過したことによって前記一対の導電レールの温度が上昇した後に、前記一対の導電レールに冷媒が吹き付けられる、
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【請求項12】

前記一対の絶縁レールは、前記加速空間を前記飛翔体が通過するときに前記飛翔体から離隔しているように配置される、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【請求項13】

前記一対の絶縁レールのそれぞれの前記表面には、１又は複数の溝又は凹みが設けられている、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【請求項14】

前記一対の絶縁レールの一方に設けられた前記冷媒噴射ノズルと、前記一対の絶縁レールの他方に設けられた前記冷媒噴射ノズルとは、交互に冷媒を噴射する、
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁加速装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁力を用いて飛翔体を加速させる電磁加速装置として、電磁レールガンが知られている。図７に、一般的な電磁レールガンの断面構成を示す（例えば、非特許文献１）。図７は、加速される飛翔体の進行方向に垂直な断面における電磁レールガンの構成を示している。

【0003】

図７に示す電磁レールガン４００は、導電レール４１及び４２、絶縁レール４３及び４４、冷却パイプ４５を有する。導電レール４１及び４２は、図７の紙面縦方向（Ｙ方向）にそれぞれ離隔して配置される。絶縁レール４３及び４４は、導電レール４１と導電レール４２との間に、図７の紙面横方向（Ｘ方向）にそれぞれ離隔して配置される。電磁レールガン４００の断面中央部には、導電レール４１及び４２と絶縁レール４３及び４４とで囲まれた、飛翔体（不図示）が図７の紙面に垂直な方向（すなわち、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向であるＺ方向）に通過する、加速空間４０が形成されている。

【0004】

冷却パイプ４５は、導電レール４１及び４２の内部に、複数本がＺ方向に延在するように設けられる。冷却パイプ４５には冷媒が供給され、電磁レールガン４００が飛翔体を加速させるときの冷却を担う。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Zielinski, A.E., and M.D.Werst,”Cannon-Caliber Electromagnetic Launcher”, IEEE Trans. On Magn, Vol.33, pp.630-635, January, 1997.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、上記の構成には、レールの冷却の観点から、以下で説明する問題がある。電磁レールガン４００では、飛翔体を加速させるときに、導電レール４１及び４２に電流が供給される。そのため、ジュール損失によって導電レール４１及び４２が発熱し、温度が上昇する。導電レール４１及び４２には冷却パイプ４５が設けられているため、冷却パイプ４５内を冷媒が循環することで、熱伝導によって導電レール４１及び４２が冷却されることとなる。

【0007】

しかし、導電レール４１及び４２に電流を流した場合、電流は導電レール４１及び４２の表面付近を流れる（いわゆる、表皮電流）ため、ジュール損失による発熱も導電レール４１及び４２の表面付近で生じる。図７では、導電レール４１及び４２の表面を、それぞれ符号４１Ａ及び４２Ａで示した。導電レール４１の表面４１Ａ及び導電レール４２の表面４２Ａで生じた熱は、輻射により、絶縁レール４３の表面４３Ａ及び絶縁レール４４の表面４４Ａをも加熱する。また、絶縁レール４３及び４４は、加速空間４０の内部で極超音速加速される飛翔体が通過するときの衝撃波によっても加熱される。その結果、絶縁レール４３及び４４も温度が上昇してしまう。

【0008】

しかしながら、電磁レールガン４００には、絶縁レール４３及び４４を冷却する機構がなく、そもそも冷却ができない。

【0009】

もし導電レール４１及び４２と同様に、絶縁レール４３及び４４に冷却パイプを設けたとしても、絶縁レール４３及び４４を構成する絶縁体は導電レール４１及び４２を構成する導体と比べて熱伝導率が２桁ほど小さい。そのため、絶縁レール４３及び４４の表面で生じた熱を冷却パイプとの間の熱伝導によって冷却するのは効率が悪く、実質的に絶縁レール４３及び４４の冷却が困難である。

【0010】

本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、電磁加速装置において熱伝導を用いた冷却が困難な部位を冷却することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の態様である電磁加速装置は、
飛翔体を加速させるための加速空間を挟んで対向して配置された一対の導電レールと、
前記一対の導電レールと共に前記加速空間を囲むように前記加速空間を挟んで対向して配置された一対の絶縁レールと、
前記一対の絶縁レールのそれぞれに設けられた冷媒供給パイプと、
前記一対の絶縁レールの前記冷媒供給パイプのそれぞれの前記加速空間側の端部に設けられ、前記加速空間を挟んで対向している他の絶縁レールの前記加速空間に露出している表面に冷媒を吹き付ける冷媒噴射ノズルと、を有する、ものである。
これにより、熱伝導による冷却が困難な絶縁レールを冷却することができる。

【0012】

本発明の第２の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記加速空間を前記飛翔体が通過する前に、前記一対の絶縁レールに冷媒が吹き付けられる、ものである。
これにより、飛翔体が通過した後に冷媒の潜熱によって絶縁レールを冷却することができる。

【0013】

本発明の第３の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記一対の絶縁レールの一方に設けられた前記冷媒噴射ノズルは、前記一対の絶縁レールの他方の前記表面の全てに冷媒が付着するように冷媒を吹き付ける、ものである。
これにより、絶縁レールを広範囲にわかって冷却することができる。

【0014】

本発明の第４の一態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記一対の絶縁レールには、前記飛翔体が通過したときの前記絶縁レールの温度上昇によって全てが気化する量の冷媒が吹き付けられる、ものである。
これにより、冷却後の余分な冷媒が絶縁レール上に残存することを防止できる。

【0015】

本発明の第５の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
一対の前記冷媒供給パイプと一対の前記冷媒噴射ノズルとからなる冷媒噴射機構が、前記飛翔体の進行方向に複数並べて配置される、ものである。
これにより、絶縁レールを全体にわたって冷却することができる。

【0016】

本発明の第６態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
複数の前記冷媒噴射機構は、前記飛翔体の出射口の側では、前記出射口と反対の側と比べて、疎に配置される、ものである。
これにより、絶縁レールの温度上昇が大きな部位をより効率的に冷却することができる。

【0017】

本発明の第７の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記冷媒噴射ノズルは、前記一対の導電レールの前記加速空間に露出した表面にも冷媒を吹き付ける、ものである。
これにより、熱伝導によっては冷却しきれないおそれがある導電レールの表面を冷却することができる。

【0018】

本発明の第８の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記一対の絶縁レールのそれぞれに設けられ、前記一対の導電レールを冷却するための冷媒を供給する、導電レール冷却用冷媒供給パイプと、
前記一対の絶縁レールの前記導電レール冷却用冷媒供給パイプのそれぞれの前記加速空間側の端部に設けられ、前記一対の導電レールの前記加速空間に露出している表面に冷媒を吹き付ける導電レール冷却用冷媒噴射ノズルと、を更に有する、ものである。
これにより、熱伝導によっては冷却しきれないおそれがある導電レールの表面を冷却することができる。

【0019】

本発明の第９の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
一対の前記冷媒供給パイプと一対の前記冷媒噴射ノズルとからなる１以上の第１の冷媒噴射機構と、一対の前記導電レール冷却用冷媒供給パイプと一対の前記導電レール冷却用冷媒噴射ノズルとからなる１以上の第２の冷媒噴射機構とが、前記飛翔体の進行方向で交互に並んで配置される、ものである。
これにより、絶縁レール及び導電レールの全体にわたって冷媒を吹き付けることができる。

【0020】

本発明の第１０の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記第１及び第２の冷媒噴射機構は、前記飛翔体の出射口の側では、前記出射口と反対の側と比べて、疎に配置される、ものである。
これにより、絶縁レール及び導電レールの温度上昇が大きな部位をより効率的に冷却することができる。

【0021】

本発明の第１１の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記飛翔体が前記加速空間を通過したことによって前記一対の導電レールの温度が上昇した後に、前記一対の導電レールに冷媒が吹き付けられる、ものである。
これにより、温度が上昇した導電レールを確実に冷却することができる。

【0022】

本発明の第１２の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記一対の絶縁レールは、前記加速空間を前記飛翔体が通過するときに前記飛翔体から離隔しているように配置される、ものである。
これにより、飛翔体が通過するときに、絶縁レールによるトラッキングの発生を防止できる。

【0023】

本発明の第１３の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記一対の絶縁レールのそれぞれの前記表面には、１又は複数の溝又は凹みが設けられている、ものである。
これにより、絶縁レールの表面積を大きくして冷媒の付着面積を増加させ、冷媒の潜熱による冷却の効果を高めることができる。

【0024】

本発明の第１４の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、
前記一対の絶縁レールの一方に設けられた前記冷媒噴射ノズルと、前記一対の絶縁レールの他方に設けられた前記冷媒噴射ノズルとは、交互に冷媒を噴射する、ものである。
これにより、対向する噴射ノズルから噴射される冷媒が衝突することを防止し、所望の絶縁レールの表面に、より確実に冷媒を付着させることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、電磁加速装置において熱伝導を用いた冷却が困難な部位を冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施の形態１にかかる電磁加速装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】実施の形態１にかかる電磁加速装置の図１のＩＩ−ＩＩ線における断面構成を模式的に示す図である。

【図3】実施の形態１にかかる電磁加速装置の図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面を模式的に示す図である。

【図4】実施の形態１にかかる電磁加速装置での冷媒の吹き付けを示す図である。

【図5】実施の形態２にかかる電磁加速装置の冷媒の吹き付けを示す図である。

【図6】実施の形態３にかかる電磁加速装置の断面を模式的に示す図である。

【図7】一般的な電磁レールガンの断面構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

【0028】

実施の形態１
実施の形態１にかかる電磁加速装置について説明する。図１に、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００の構成を模式的に示す。図１では、紙面横方向に平行なＺ軸の正方向（紙面右方向）を飛翔体の進行方向とする。

【0029】

電磁加速装置１００はいわゆるレールガンとも称される装置であり、一対の導電レール１及び２の間に保持された飛翔体２１の後部の電機子２２に直流電流を供給することで、電磁力（ローレンツ力）によって飛翔体２１を射出するものとして構成される。

【0030】

導電レール１及び２は、加速空間１０を挟んで対向するように、図１の紙面縦方向（Ｙ方向）に離隔して配置される。ここで、加速空間１０とは、Ｙ方向とＸ方向（図１の紙面に垂直な方向）とに垂直なＺ方向（図１の紙面横方向）に延在している空間であり、飛翔体２１が出射元１３から出射口１４へ向けて加速されながら通過する空間である。導電レール１は例えば直流電源（不図示）の正極と接続され、導電レール２は例えば直流電源（不図示）の負極と接続される。飛翔体２１は、導電レール１と導電レール２との間に保持されている。そして、導電レール１、電機子２２及び導電レール２に電流Ｉｒを流すことで、ローレンツ力によって飛翔体２１が出射元１３から出射口１４へ向けて加速され、出射口１４から射出される。

【0031】

本構成では、飛翔体２１と電機子２２とは物理的に分離しており、飛翔体２１が出射口１４から射出された後には、電機子２２は飛翔体２１から離脱するものとする。但し、飛翔体２１と電機子２２とが一体的に構成されており、飛翔体２１と電機子２２とが出射口１４から射出された後でも分離せずに飛翔することを除外するものではない。

【0032】

なお、導電レール１及び２の間には、導電レール１及び２を支持、固定するために、一対の絶縁レール３及び４が設けられている。絶縁レール３及び４は絶縁体により構成されており、導電レール１及び２に電流を流した場合でも絶縁レール３及び４には電流が流れないように構成されている。なお、図１では、導電レール１及び２、飛翔体２１、電機子２２の位置関係を把握しやすくするため、絶縁レール３及び４の表示を省略している。

【0033】

次いで、電磁加速装置１００の断面構成について説明する。図２に、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００の図１のＩＩ−ＩＩ線における断面構成を模式的に示す。図２に示す電磁加速装置１００は、導電レール１及び２、絶縁レール３及び４、冷却パイプ５、冷媒供給パイプ６及び７、冷媒噴射ノズル８及び９を有する。

【0034】

導電レール１及び２は、図２の紙面縦方向（Ｙ方向）に、加速空間１０を挟んで対向するように離隔して配置される。絶縁レール３及び４は、導電レール１と導電レール２との間に、加速空間１０を挟んで対向するように、Ｘ方向に離隔して配置される。

【0035】

すなわち、導電レール１及び２と絶縁レール３及び４とは、共に加速空間１０を囲むように配置される。

【0036】

なお、絶縁レール３及び４は、飛翔体が加速空間１０を通過するときに、絶縁レール３及び４と飛翔体との間に所定の距離が存在するように設けられる。

【0037】

冷却パイプ５は、導電レール１及び２の内部に、複数本がＺ方向に延在するように設けられる。冷却パイプ５には冷媒が供給され、熱伝導によって導電レール１及び２を冷却する。

【0038】

冷媒供給パイプ６は、絶縁レール３の内部に、Ｘ方向に延在するように設けられる。冷媒供給パイプ６の加速空間１０側の端部には、冷媒噴射ノズル８が設けられる。これにより、冷媒供給パイプ６に供給された冷媒は、冷媒供給パイプ６を通過して冷媒噴射ノズル８から噴出する。

【0039】

冷媒供給パイプ７は、絶縁レール４の内部に、Ｘ方向に延在するように設けられる。冷媒供給パイプ７の加速空間１０側の端部には、冷媒噴射ノズル９が設けられる。これにより、冷媒供給パイプ７に供給された冷媒は、冷媒供給パイプ７を通過して冷媒噴射ノズル９から噴出する。

【0040】

ガイド１１は、加速空間１０内を通過する飛翔体をガイドするために設けられるものである。この例では、ガイド１１は、図２に示す四角形の加速空間１０の四隅のそれぞれに設けられている。なお、図２のガイド１１の配置及び数は例示に過ぎず、図２の例には限定されない。

【0041】

次いで、冷媒供給パイプ６及び７、冷媒噴射ノズル８及び９の飛翔体の進行方向における配置について説明する。本実施の形態では、冷媒供給パイプ６及び７、冷媒噴射ノズル８及び９は、飛翔体の進行方向に複数組並んで配置される。図３に、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における電磁加速装置１００の断面を模式的に示す。

【0042】

図３に示すように、電磁加速装置１００における飛翔体の進行方向、すなわちＺ方向へ、冷媒供給パイプ６及び７、冷媒噴射ノズル８及び９が複数個配置されている。ここでは、飛翔体の進行方向に垂直な同一面（同じＸ−Ｙ平面）に配置されている冷媒供給パイプ６及び７、冷媒噴射ノズル８及び９を、まとめて冷媒噴射機構１２としている。

【0043】

冷媒噴射機構１２は、配管１７によって冷媒供給ポンプ１５及び１６と連結されている。冷媒供給ポンプ１５は、絶縁レール３に設けられた冷媒供給パイプ６及び冷媒噴射ノズル８に冷媒を供給する。冷媒供給ポンプ１６は、絶縁レール４に設けられた冷媒供給パイプ７及び冷媒噴射ノズル９に冷媒を供給する。

【0044】

この例では、飛翔体の出射元１３の側では複数の冷媒噴射機構１２が密に配置され、出射口１４の側では複数の冷媒噴射機構１２が疎に配置されている。

【0045】

次いで、電磁加速装置１００の冷却動作について説明する。図４に、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００での冷媒の吹き付けを示す。電磁加速装置１００では、飛翔体を加速させるときに、導電レール１及び２に電流が供給されるため、ジュール損失によって導電レール１及び２の温度が上昇する。導電レール１及び２には上記したとおり冷却パイプ５が設けられているため、冷却パイプ５内を冷媒が循環することで、熱伝導によって導電レール１及び２を冷却することができる。

【0046】

しかし、上述したように、導電レール１及び２に電流を流した場合、電流は、導電レール１及び２の表面付近を流れる（いわゆる、表皮電流）ため、ジュール損失による発熱も導電レール１及び２の表面付近で生じる。図４では、導電レール１及び２の表面を、それぞれ符号１Ａ及び２Ａで示した。導電レール１の表面１Ａ及び導電レール２の表面２Ａで生じた熱は、輻射により、絶縁レール３の表面３Ａ及び絶縁レール４の表面４Ａに至り、絶縁レール３及び４も加熱する。

【0047】

また、絶縁レール３及び４は、加速空間１０の内部で極超音速加速される飛翔体が通過するときの衝撃波によっても加熱される。

【0048】

そこで、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００では、絶縁レール３及び４を冷却するために、冷媒供給パイプ６及び７、冷媒噴射ノズル８及び９が設けられている。

【0049】

加速空間１０の内部を飛翔体が通過する前に、すなわち、飛翔体の加速開始前に、冷媒噴射ノズル８からは、冷媒噴射ノズル８が設けられた絶縁レール３の表面３Ａと対向する絶縁レール４の表面４Ａへ向けて、冷媒が噴射される。このとき、冷媒噴射ノズル８は、加速空間１０に露出した絶縁レール４の表面４Ａの全体に冷媒が付着するように、例えば冷媒を広範囲に噴射、又は、ノズルからの冷媒の噴射方向を変化させて表面４Ａを走査するようにしてもよい。

【0050】

また、冷媒噴射ノズル８の場合と同様に、加速空間１０の内部を飛翔体が通過する前に、すなわち、飛翔体の加速開始前に、冷媒噴射ノズル９からは、冷媒噴射ノズル９が設けられた絶縁レール４の表面４Ａと対向する絶縁レール３の表面３Ａへ向けて、冷媒が噴射される。このとき、冷媒噴射ノズル９は、加速空間１０に露出した絶縁レール３の表面３Ａの全体に冷媒が付着するように、例えば冷媒を広範囲に噴射、又は、ノズルからの冷媒の噴射方向を変化させて表面３Ａを走査するようにしてもよい。

【0051】

なお、冷媒噴射ノズル８及び９が同時に冷媒を噴射すると、両者から噴射された冷媒が図２に示した加速空間１０の中央付近で衝突してしまい、冷媒が絶縁レールの表面に到達することが妨げられるおそれが生じ得る。そのため、冷媒噴射ノズル８及び９は、時間差をつけて交互に冷媒を噴射することがより好ましい。これを実現するためには、例えば上述した冷媒供給ポンプ１５及び１６を、時間差をつけて交互に動作させることで、冷媒噴射ノズル８及び９から交互に冷媒を噴射させることができる。

【0052】

これにより、飛翔体の加速開始前に、絶縁レール３及び４の表面に冷媒を付着させることができる。その後、加速空間１０を飛翔体が通過すると、上述したとおり絶縁レール３及び４が加熱される。加熱によって、絶縁レール３及び４の表面に付着した冷媒が気化し、これによる潜熱（すなわち気化熱）によって、絶縁レール３及び４の表面が冷却される。

【0053】

このとき、絶縁レール３の表面３Ａの面積及び絶縁レール４の表面４Ａの面積が大きいほど、表面３Ａ及び４Ａに付着する冷媒が多くなるので、潜熱による冷却効果を大きくすることができる。よって、絶縁レール３の表面３Ａの面積及び絶縁レール４の表面４Ａの面積は、大きいことが望ましい。よって、絶縁レール３の表面３Ａの面積及び絶縁レール４の表面４Ａに、１又は複数の溝又は凹みを設けることで、その表面積を大きくしてもよい。

【0054】

また、絶縁レール３の表面３Ａ及び絶縁レール４の表面４Ａには冷媒が付着するため、トラッキングの問題が生じるおそれがある。これに対して本構成では、上述したように、飛翔体が加速空間１０を通過するときに絶縁レール３及び４と飛翔体との間に所定の距離が存在するように、絶縁レール３及び４が配置される。よって、所定の距離を適切に設計することで、トラッキングの発生を好適に防止することができる。

【0055】

本構成によれば、冷媒の潜熱によって絶縁レール３及び４を冷却することができる。特に、絶縁レール３及び４において、加熱される表面と潜熱によって冷却される表面とが同じであるので、すみやかに絶縁レール３及び４の表面を冷却することができる。

【0056】

また、絶縁レール３及び４を構成する絶縁体は、例えば導電レール１及び２を構成する導体と比べて熱伝導率が２桁ほど小さいため、導電レール１及び２で用いた熱伝導による冷却は効率が悪い。これに対し、本構成では、加熱される表面と冷却される表面とが同じで、両者の距離がない又は近接しているため、絶縁レール３及び４の熱伝導によらず、効率的に絶縁レール３及び４を冷却することができる。

【0057】

以上、本構成によれば、電磁加速装置１００において熱伝導を用いた冷却が困難な部位である絶縁レール３及び４を冷却することができる。

【0058】

更に、図３に示すように、冷媒供給パイプ６及び７、冷媒噴射ノズル８及び９で構成される冷媒噴射機構１２が飛翔体の進行方向（Ｚ方向）に複数個並んで配置されているので、電磁加速装置１００の全体にわたって絶縁レール３及び４を冷却することが可能となる。また、冷媒噴射機構１２は、出射口１４の側では疎に配置され、その反対側である出射元１３の側では密に配置されているので、発熱が大きな出射元１３の側では発熱の小さな出射口１４の側と比べて、より冷却効率を高めることが可能となる。

【0059】

なお、冷媒は、飛翔体の通過後に全て冷媒が気化するように予め決定された量が、例えばパルス状に噴射されるようにしてもよい。

【0060】

また、冷媒は、潜熱が大きなものが好ましく、コスト及び入手の容易性からは水が好ましい。

【0061】

実施の形態２
実施の形態２にかかる電磁加速装置について説明する。電磁加速装置２００は、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００と比較して、冷媒噴射ノズル８及び９から、更に広範囲に冷媒を噴射できる点で相違するものである。具体的には、電磁加速装置２００は、冷媒噴射ノズル８及び９から、絶縁レール３及び４だけでなく、導電レール１及び２へも冷媒を吹き付けることが可能に構成される。

【0062】

以下、電磁加速装置２００の冷却動作について説明する。図５に、実施の形態２にかかる電磁加速装置２００での冷媒の吹き付けを示す。電磁加速装置２００における絶縁レール３及び４への冷媒の吹き付けは、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００と同様であるので、説明を省略する。以下、電磁加速装置２００における導電レール１及び２への冷媒の吹きつけについて説明する。

【0063】

電磁加速装置２００では、冷媒噴射ノズル８及び９は、冷媒の噴射方向を変更可能に構成されている。これにより、冷媒噴射ノズル８及び９は、導電レール１の表面１Ａ及び導電レール２の表面２Ａにも冷媒を付着させることができる。

【0064】

本実施の形態では、導電レール１及び２への冷媒の吹き付けは、加速空間１０を飛翔体が通過して、導電レール１及び２の温度が上昇した後、好適には直後に行うことが好ましい。これにより、温度が上昇した導電レール１及び２をすみやかに冷却することができる。

【0065】

よって、本構成によれば、導電レール１及び２に電流が供給されて、飛翔体が加速空間１０を通過した後、導電レール１の表面１Ａ及び導電レール２の表面２Ａに冷媒噴射ノズル８及び９から冷媒を吹き付けることによって、冷媒の潜熱（すなわち気化熱）によって、導電レール１及び２の表面が冷却される。よって、冷媒の潜熱によって導電レール１及び２を冷却することができる。特に、導電レール１及び２において、加熱される表面と潜熱によって冷却される表面とが同じとなるので、すみやかに導電レール１及び２の表面を冷却することができる。

【0066】

また、導電レール１及び２を構成する導体は、絶縁レール３及び４を構成する絶縁体と比べて熱伝導率が２桁ほど大きく、熱伝導は良好であるものの、加熱が生じる表面１Ａ及び２Ａと冷却パイプ５との間にはある程度の距離があるため、熱伝導による冷却が間に合わない事態が生じるおそれがある。これに対し、導電レール１及び２において、加熱される表面と冷却される表面とが同じで、両者の距離がない又は近接しているため、熱伝導の制約を受けることなく、効率的に導電レール１及び２を冷却することができる。

【0067】

実施の形態３
実施の形態３にかかる電磁加速装置について説明する。実施の形態３にかかる電磁加速装置３００は、実施の形態１及び２にかかる電磁加速装置の変形例である。図６に、実施の形態３にかかる電磁加速装置３００の断面を模式的に示す。図６では、図３と同様に、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面と同等の断面を示している。

【0068】

実施の形態１では、電磁加速装置１００の冷媒噴射ノズル８及び９は絶縁レール３及び４へ冷媒を噴射するものと説明した。また、実施の形態２では、電磁加速装置１００の冷媒噴射ノズル８及び９は絶縁レール３及び４と、導電レール１及び２とへ冷媒を噴射するものと説明した。これに対し、本構成では、導電レール１及び２へ冷媒を噴射する冷媒噴射ノズル８及び９と、絶縁レール３及び４へ冷媒を噴射する冷媒噴射ノズル８及び９と、が別々に設けられており、飛翔体２１の進行方向（Ｚ方向）に並んで配置されている。

【0069】

図６では、絶縁レール３及び４へ冷媒を噴射するための冷媒供給パイプ６及び７と冷媒噴射ノズル８及び９とを含む冷媒噴射機構１２を、冷媒噴射機構１２Ａとして表示している。また、導電レール１及び２へ冷媒を噴射するための冷媒供給パイプ６及び７と冷媒噴射ノズル８及び９とを含む冷媒噴射機構１２を、冷媒噴射機構１２Ｂとして表示している。

【0070】

ここでは、冷媒噴射機構１２Ａを第１の冷媒噴射機構とも称し、冷媒噴射機構１２Ｂを第２の冷媒噴射機構とも称する。冷媒噴射機構１２Ｂの冷媒供給パイプ６及び７を導電レール冷却用冷媒供給パイプとも称し、冷媒噴射機構１２Ｂの冷媒噴射ノズル８及び９を導電レール冷却用冷媒噴射ノズルとも称する。

【0071】

冷媒噴射機構１２Ａは、配管１７Ａによって冷媒供給ポンプ１５Ａ及び１６Ａと連結されている。冷媒供給ポンプ１５Ａは、冷媒噴射機構１２Ａの絶縁レール３に設けられた冷媒供給パイプ６及び冷媒噴射ノズル８に冷媒を供給する。冷媒供給ポンプ１６Ａは、冷媒噴射機構１２Ａの絶縁レール４に設けられた冷媒供給パイプ７及び冷媒噴射ノズル９に冷媒を供給する。

【0072】

冷媒噴射機構１２Ｂは、配管１７Ｂによって冷媒供給ポンプ１５Ｂ及び１６Ｂと連結されている。冷媒供給ポンプ１５Ｂは、冷媒噴射機構１２Ｂの絶縁レール３に設けられた冷媒供給パイプ６及び冷媒噴射ノズル８に冷媒を供給する。冷媒供給ポンプ１６Ｂは、冷媒噴射機構１２Ｂの絶縁レール４に設けられた冷媒供給パイプ７及び冷媒噴射ノズル９に冷媒を供給する。

【0073】

本構成によれば、実施の形態２にかかる電磁加速装置２００と同様に、導電レール１及び２、絶縁レール３及び４を両方とも冷却することができる。また、電磁加速装置２００と比べて、冷媒の広範囲に噴射するノズルを用いなくてもよいので、冷媒噴射ノズル８及び９の構造を簡素化できる点で有利である。

【0074】

その他の実施の形態
図３及び図６に示した例では、冷媒噴射機構が出射元側では密に、出射口側では疎に
配置されているが、これは例示に過ぎない。例えば、飛翔体の進行方向（Ｚ方向）において任意に冷媒噴射機構を配置してもよく、例えば複数の冷媒噴射機構を均一に配置してもよい。また、図６の例では、冷媒噴射機構１２Ａと冷媒噴射機構１２Ｂとが交互に配置されるものとしたが、これは例示に過ぎない。たとえば、１以上の冷媒噴射機構１２Ａと１以上の冷媒噴射機構１２ＢとがＺ方向に並んで配置されており、かつ、冷媒噴射機構１２Ａ及び冷媒噴射機構１２Ｂの一方又は両方が２つ以上連続している箇所が存在していてもよい。

【0075】

上述の実施の形態では、絶縁レール３と絶縁レール４とは分離された部材として説明したが、加速空間１０を確保できる限り、他の部材を介して接合されてもよく、又は、図示しない接合部を有する一体的な部材として構成されてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１、２、４１、４２ 導電レール
１Ａ 導電レール１の表面
２Ａ 導電レール２の表面
３、４、４３、４４ 絶縁レール
３Ａ 絶縁レール３の表面
４Ａ 絶縁レール４の表面
５、４５ 冷却パイプ
６、７ 冷媒供給パイプ
８、９ 冷媒噴射ノズル
１０、４０ 加速空間
１１ ガイド
１２、１２Ａ、１２Ｂ 冷媒噴射機構
１３ 出射元
１４ 出射口
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１６、１６Ａ、１６Ｂ 冷媒供給ポンプ
１７、１７Ａ、１７Ｂ 配管
２１ 飛翔体
２２ 電機子
４１Ａ 導電レール４１の表面
４２Ａ 導電レール４２の表面
４３Ａ 絶縁レール４３の表面
４４Ａ 絶縁レール４４の表面
１００、２００、３００ 電磁加速装置
４００ 電磁レールガン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】