特開 2024-144389 レーザ点火式エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024144389

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】レーザ点火式エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02K 9/95 20060101AFI20241003BHJP

   F23R 3/00 20060101ALI20241003BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20241003BHJP

   F02C 7/232 20060101ALI20241003BHJP

   F02C 7/264 20060101ALI20241003BHJP

   F02K 9/97 20060101ALI20241003BHJP

   B64D 33/00 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

F02K9/95

F23R3/00 D

F23R3/28 B

F02C7/232 B

F02C7/264

F02K9/97

B64D33/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024055387

(22)【出願日】2024-03-29

(31)【優先権主張番号】P 2023052678

(32)【優先日】2023-03-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 諒介

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 光紀

(72)【発明者】

【氏名】バニョール ティボ

(72)【発明者】

【氏名】伊澤 淳

(57)【要約】

【課題】レーザ点火式エンジンにおいて、光学部品に伝わる熱を低減すること。
【解決手段】レーザ点火式エンジン１００は、燃焼室１２に向う軸線Ｘに沿って配置され、レーザ光を燃焼室１２に導く少なくとも１つの光学部品３ａ，３ｂ，３ｃと、少なくとも１つの光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを収容するハウジング５と、を備える。ハウジング５は、少なくとも１つの光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを収容する第１収容室５２と、燃焼室１２と流体連通し、燃焼室１２に酸化剤を供給する酸化剤流路５５と、を含む。酸化剤流路５５は、軸線Ｘを基準とする径方向において第１収容室５２の外側に位置し、かつ、軸線Ｘと平行な軸線方向において第１収容室５２と重複する部分を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室に向う軸線に沿って配置され、レーザ光を前記燃焼室に導く少なくとも１つの光学部品と、
前記少なくとも１つの光学部品を収容するハウジングであって、
当該ハウジングは、
前記少なくとも１つの光学部品を収容する第１収容室と、
前記燃焼室と流体連通し、前記燃焼室に酸化剤を供給する酸化剤流路であって、前記軸線を基準とする径方向において前記第１収容室の外側に位置し、かつ、前記軸線と平行な軸線方向において前記第１収容室と重複する部分を含む、酸化剤流路と、
を含む、ハウジングと、
を備える、
レーザ点火式エンジン。

【請求項2】

前記第１収容室に収容される部品のうち、前記燃焼室に最も近い部品は、前記燃焼室と対向する、
請求項１に記載のレーザ点火式エンジン。

【請求項3】

前記酸化剤流路は、前記燃焼室に最も近い前記部品に向かって前記酸化剤を噴射する、
請求項２に記載のレーザ点火式エンジン。

【請求項4】

前記ハウジングは、
前記軸線方向において、前記燃焼室と前記第１収容室との間に形成される連結通路と、
前記連結通路に形成され、前記連結通路の断面積を狭める絞りと、
を含む、
請求項１に記載のレーザ点火式エンジン。

【請求項5】

前記レーザ点火式エンジンは、前記軸線に沿って配置され、レーザ発振を発生させるレーザ結晶を備え、
前記ハウジングは、前記レーザ結晶を収容する第２収容室を含む、
請求項１に記載のレーザ点火式エンジン。

【請求項6】

前記レーザ点火式エンジンは、ロケットに使用される、請求項１に記載のレーザ点火式エンジン。

【請求項7】

前記レーザ点火式エンジンは、航空機に使用される、請求項１に記載のレーザ点火式エンジン。

【請求項8】

前記ハウジングは、前記酸化剤流路に配置され、前記酸化剤に旋回流を付与する突起または溝を含む、請求項１に記載のレーザ点火式エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ点火式エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料の点火には、レーザが使用される場合がある。例えば、特許文献１は、燃料の点火にレーザを使用するエンジンを開示する。このエンジンは、主室および副室を備える。副室は、着火用のレーザ点火プラグを備える。レーザ点火プラグは、副室に供給される着火用燃料にレーザを照射する。着火用燃料は、レーザによって着火され燃焼される。副室内で発生した燃焼ガスは、主室に供給され、主室内の混合ガスを燃焼させる。特許文献１の幾つかの形態では、副室への着火用燃料は、レーザ点火プラグのレーザ透過窓に向けて噴射される。これによって、レーザ透過窓に付着したミストが除去される。

【0003】

また、特許文献２は、燃料の点火にレーザを使用するガスタービンの燃焼器を開示する。この燃焼器は、レーザ燃焼支援装置を備える。レーザ燃焼支援装置は、レーザ発振器、光ファイバケーブルおよびレーザ集光光学系を含む。レーザ発振器は、燃焼器の外部に設置され、光ファイバケーブルによって燃焼器に接続される。レーザ集光光学系は、燃焼器の中心軸上に配置される。レーザ発振器からのレーザ光は、光ファイバケーブルによってレーザ集光光学系に導かれる。光ファイバケーブルおよびレーザ集光光学系の周りには、燃料の流路が形成される。流路内を流れる燃料によって、光ファイバケーブルおよびレーザ集光光学系が高温から保護される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６４５７７５９号公報

【特許文献2】特許第６１３０７３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

光学部品は、熱によって損傷するおそれがある。したがって、レーザを点火に使用するエンジンでは、光学部品に伝わる熱を低減することが望まれる。

【0006】

本開示は、光学部品に伝わる熱を低減することができる、レーザ点火式エンジンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るレーザ点火式エンジンは、燃焼室に向う軸線に沿って配置され、レーザ光を燃焼室に導く少なくとも１つの光学部品と、少なくとも１つの光学部品を収容するハウジングであって、当該ハウジングは、少なくとも１つの光学部品を収容する第１収容室と、燃焼室と流体連通し、燃焼室に酸化剤を供給する酸化剤流路であって、軸線を基準とする径方向において第１収容室の外側に位置し、かつ、軸線と平行な軸線方向において第１収容室と重複する部分を含む、酸化剤流路と、を含む、ハウジングと、を備える。

【0008】

第１収容室に収容される部品のうち、燃焼室に最も近い部品は、燃焼室と対向してもよい。

【0009】

酸化剤流路は、燃焼室に最も近い部品に向かって酸化剤を噴射してもよい。

【0010】

ハウジングは、軸線方向において、燃焼室と第１収容室との間に形成される連結通路と、連結通路に形成され、連結通路の断面積を狭める絞りと、を含んでもよい。

【0011】

レーザ点火式エンジンは、軸線に沿って配置され、レーザ発振を発生させるレーザ結晶を備えてもよく、ハウジングは、レーザ結晶を収容する第２収容室を含んでもよい。

【0012】

レーザ点火式エンジンは、ロケットに使用されてもよい。

【0013】

レーザ点火式エンジンは、航空機に使用されてもよい。

【0014】

ハウジングは、酸化剤流路に配置され、酸化剤に旋回流を付与する突起または溝を含んでもよい。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、レーザ点火式エンジンにおいて、光学部品に伝わる熱を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、第１実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図2】図２は、第２実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図3】図３は、第３実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図4】図４は、第４実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図5】図５は、第５実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図6】図６は、第６実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図7】図７は、第７実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図8】図８は、第８実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【図9】図９は、第９実施形態に係るレーザ点火式エンジンを示す概略的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0018】

図１は、第１実施形態に係るレーザ点火式エンジン１００を示す概略的な断面図である。本開示において、レーザ点火式エンジン１００は、単に「エンジン」とも称され得る。例えば、エンジン１００は、ロケット、姿勢制御スラスタ、または、ジェット機等の航空宇宙分野で使用されてもよい。例えば、エンジン１００は、ロケットエンジン、ジェットエンジン、または、デトネーションエンジンであってもよい。本実施形態では、エンジン１００は、液体燃料ロケットエンジンである。

【0019】

例えば、エンジン１００は、燃焼器１と、レーザ発振器２と、を備える。エンジン１００は、他の構成要素をさらに備えてもよい。

【0020】

例えば、燃焼器１は、ハウジング１１を含む。燃焼器１は、他の構成要素をさらに含んでもよい。

【0021】

ハウジング１１は、燃焼室１２を画定する。燃焼室１２では、燃料および酸化剤の混合気が燃焼される。例えば、燃料は、水素であってもよく、不図示の燃料タンクに液体状態で貯蔵されてもよい。例えば、酸化剤は、酸素であってもよく、不図示の酸化剤タンクに液体状態または圧縮状態で貯蔵されてもよい。燃料および酸化剤はこれらに限定されず、例えば、液体燃料ロケットエンジンで使用される他の公知の燃料および酸化剤がエンジン１００で使用されてもよい。

【0022】

レーザ発振器２は、燃焼室１２内の混合気を点火する。例えば、レーザ発振器２は、パルスレーザを混合気に照射し、混合気を点火する。例えば、レーザ発振器２は、複数の光学部品３ａ，３ｂ，３ｃと、レーザ結晶４と、ハウジング５と、を含む。レーザ発振器２は、他の構成要素をさらに含んでもよい。

【0023】

光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、燃焼室１２に向かう軸線Ｘに沿って配置される。本開示において、軸線Ｘに平行な方向は、単に「軸線方向」と称され得る。また、本開示において、軸線Ｘを基準とする径方向および円周方向は、単に「径方向」および「円周方向」と称され得る。

【0024】

光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、レーザ結晶４から発せられるレーザを、燃焼室１２に導く。光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、レーザを燃焼室１２内に集光する。例えば、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃの各々は、集光レンズまたはコリメートレンズ等の様々なレンズであってもよい。本開示において、「光学部品」とは、例えば、光の集束、発散、平行化、反射、または、吸収等を引き起こす、レンズ、フィルタ、ミラーまたはプリズム等の部品を意味し、光学部品を保護するための単なる透明なガラス等の部品を含まない。本実施形態では、レーザ発振器２は、３つの光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを含む。光学部品の数はこれに限定されず、レーザ発振器２は、１つ、２つ、または、４つ以上の光学部品を含んでもよい。

【0025】

本実施形態では、複数の光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、第１光学部品３ａを含む。第１光学部品３ａは、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃのうち、燃焼室１２に最も近い。本実施形態では、レーザ発振器２は、燃焼室１２と第１光学部品３ａとの間に保護ガラスを含まない。したがって、第１光学部品３ａは、燃焼室１２と直接的に対向する。他の実施形態では、このような保護ガラスが燃焼室１２と第１光学部品３ａとの間に設けられてもよい。

【0026】

本実施形態では、複数の光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、最終光学部品３ｃを含む。最終光学部品３ｃは、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃのうち、レーザ結晶４に最も近い。また、本実施形態では、複数の光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、中間光学部品３ｂを含む。中間光学部品３ｂは、第１光学部品３ａと最終光学部品３ｃとの間に位置する。本実施形態では、複数の光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、１つの中間光学部品３ｂを含む。他の実施形態では、複数の光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、中間光学部品３ｂを含まなくてもよく、または、２つ以上の中間光学部品を含んでもよい。

【0027】

レーザ結晶４は、軸線Ｘに沿って配置される。レーザ結晶４は、光ファイバ６から励起光を受けて、レーザ発振を発生させる。レーザ結晶４は、発生したレーザを光学部品３ｃに向けて発する。例えば、レーザ結晶４は、Ｎｄ：ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）結晶であってもよい。レーザ結晶４はこれに限定されず、レーザ発振を発生させる他の公知の結晶であってもよい。

【0028】

ハウジング５には、光ファイバ６が接続される。光ファイバ６は、不図示の励起光源と接続される。光ファイバ６は、励起光源から発せられる励起光を、レーザ結晶４へ導く。

【0029】

このようなレーザ発振器２では、パルスの間隔を変更することによって、レーザ結晶４における温度分布が変化する。これによって、レーザ結晶４のレーザ広がり角度が変化し、同じ光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを用いながら、集光距離を変化させることができる。このような構成によれば、パルスレーザを、燃焼室１２内の異なる位置に照射することができ、燃焼状態に応じて点火位置を変更することができる。

【0030】

ハウジング５は、燃焼器１のハウジング１１に固定される。ハウジング５は、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃおよびレーザ結晶４を収容する。具体的には、ハウジング５は、軸線Ｘに沿って、燃焼室１２から近い順に、連結通路５１と、第１収容室５２と、第２収容室５３と、を含む。連結通路５１、第１収容室５２、および、第２収容室５３は、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃおよびレーザ結晶４がハウジング５内に配置されないときには、互いに連通する。

【0031】

連結通路５１は、概ね円筒形状を有する。連結通路５１は、第１光学部品３ａから発せられるレーザを燃焼室１２に導く。また、連結通路５１は、後述する第２流路５５から酸化剤を受け入れ、酸化剤を燃焼室１２に導く。このように、本実施形態では、連結通路５１は、レーザおよび酸化剤の双方を燃焼室１２に導く。

【0032】

連結通路５１は、絞り５１ａを含む。絞り５１ａは、連結通路５１の断面積を狭くする。絞り５１ａは、燃焼室１２よりも径が小さい。連結通路５１の内径、および、第１光学部品３ａから発せられるレーザの直径の間の関係に関して、点火性は、レーザの直径が大きくなるにつれて増加する。対照的に、連結通路５１の断面積が減少するにつれて、燃焼室１２から連結通路５１を介して第１光学部品３ａへと逆流する排気ガスは減少する。排気ガスは、水等の物質を含む場合がある。これらの物質が第１光学部品３ａに付着すると、レーザの透過が阻害される。この観点からは、連結通路５１の内径は小さいほうが良い。これらの状況を考慮して、例えば、絞り５１ａの内径は、レーザの直径よりも大きく、かつ、レーザの直径の２倍未満であってもよい。この範囲では、点火性および逆流低減の双方を維持することができる。

【0033】

第１収容室５２は、概ね円筒形状を有する。第１収容室５２は、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを収容する。連結通路５１に近い第１収容室５２の端は、第１光学部品３ａによって閉じられる。第２収容室５３に近い第１収容室５２の端は、最終光学部品３ｃによって閉じられる。

【0034】

第２収容室５３は、概ね円筒形状を有する。第２収容室５３は、レーザ結晶４を収容する。

【0035】

ハウジング５は、第１流路（燃料流路）５４と、第２流路（酸化剤流路）５５と、を含む。

【0036】

第１流路５４は、第１ポート５４ａを介して不図示の燃料タンクと接続される。例えば、第１ポート５４ａは、径方向に沿って第１流路５４から外側までハウジング５を貫通する。他の実施形態では、複数の第１ポート５４ａが設けられてもよい。第１流路５４は、燃焼室１２と流体連通し、燃料タンクからの燃料を燃焼室１２に供給する。

【0037】

第１流路５４は、径方向において連結通路５１の外側に位置し、かつ、軸線方向において連結通路５１と重複する。本実施形態では、第１流路５４は、円周方向に連続する。本実施形態では、第１流路５４は、概ね截頭円錐形状を有する。本実施形態では、第１流路５４は、燃焼室１２に近づくにつれて径方向内側に向かって傾斜しながら、軸線方向に沿って燃焼室１２まで延在する。他の実施形態では、截頭円錐形状の第１流路５４に代えて、複数の直線形状の第１流路が円周方向に沿って配置されてもよい。

【0038】

第１流路５４は、第１噴射孔５４ｂを含む。本実施形態では、第１噴射孔５４ｂは、燃焼室１２に開口し、燃焼室１２に向かって燃料を噴射する。本実施形態では、第１流路５４は、燃焼室１２に燃料を直接的に供給する。他の実施形態では、第１噴射孔５４ｂは、燃焼室１２に開口しなくてもよく、燃焼室１２に燃料を直接的に噴射しなくてもよい。本実施形態では、第１噴射孔５４ｂは、円環形状を有する。

【0039】

第２流路５５は、複数の第２ポート５５ａを介して、不図示の酸化剤タンクと接続される。例えば、第２ポート５５ａは、径方向に沿って、第２流路５５から外側までハウジング５を貫通する。例えば、複数の第２ポート５５ａは、円周方向に沿って等間隔で配置されてもよい。他の実施形態では、単一の第２ポート５５ａのみが設けられてもよい。第２流路５５は、燃焼室１２と流体連通し、酸化剤タンクからの酸化剤を燃焼室１２に供給する。

【0040】

第２流路５５は、径方向において第１収容室５２の外側に位置し、かつ、軸線方向において第１収容室５２と重複する部分を含む。本実施形態では、第２流路５５は、円周方向に連続する。本実施形態では、第２流路５５は、概ね円筒形状を有する。本実施形態では、第２流路５５は、軸線方向に沿って燃焼室１２に向かって、第１収容室５２を越える位置まで延在し、燃焼室１２に到達する前に、径方向内側かつ軸線方向反対側に湾曲する。つまり、本実施形態では、第２流路５５は、切り返し部を含む。他の実施形態では、第２流路５５は、切り返し部を含まなくてもよい。すなわち、他の実施形態では、第２流路５５は、径方向内側にのみ湾曲してもよく、軸線方向反対側には湾曲しなくてもよい。他の実施形態では、円筒形状の第２流路５５に代えて、複数の直線形状の第２流路が円周方向に沿って配置されてもよい。

【0041】

第２流路５５は、第２噴射孔５５ｂを含む。本実施形態では、第２噴射孔５５ｂは、連結通路５１に開口し、連結通路５１に向かって酸化剤を噴射する。より具体的には、第２噴射孔５５ｂは、第１光学部品３ａに向かって開口し、第１光学部品３ａに向かって酸化剤を噴射する。したがって、本実施形態では、第２流路５５は、連結通路５１を介して、燃焼室１２に酸化剤を間接的に供給する。他の実施形態では、第２流路５５は、燃焼室１２に直接的に接続されてもよく、燃焼室１２に酸化剤を直接的に噴射してもよい。

【0042】

続いて、エンジン１００の動作について説明する。

【0043】

不図示の燃料タンクは、第１流路５４に燃料を供給する。燃料は、第１流路５４を通過し、第１噴射孔５４ｂから燃焼室１２に向かって噴射される。

【0044】

また、不図示の酸化剤タンクは、第２流路５５に酸化剤を供給する。例えば、エンジン１００がロケットに使用される場合、酸化剤は、酸化剤タンクに液体状態または圧縮状態で貯蔵され得る。この場合、第２流路５５を流れる酸化剤は、低温である（例えば、０℃よりも低い温度）。したがって、酸化剤は、第２流路５５を通過する際に、第２流路５５に隣接する第１収容室５２を冷却する。したがって、第１収容室５２内の光学部品３ａ，３ｂ，３ｃが、酸化剤によって冷却される。

【0045】

酸化剤は、第２流路５５を通過し、第２噴射孔５５ｂから第１光学部品３ａに向かって噴射される。したがって、第１光学部品３ａは、酸化剤との直接接触によっても冷却される。酸化剤は第１光学部品３ａと衝突し、酸化剤の流れの方向が軸線方向反対側に変えられる。酸化剤は、連結通路５１を通過し、燃焼室１２に供給される。したがって、燃焼室１２では、燃料および酸化剤の混合気が生成される。

【0046】

レーザ結晶４は、光ファイバ６から励起光を受けて、レーザ発振を発生させる。光学部品３ａ，３ｂ，３ｃは、レーザ結晶４から発せられるレーザを、レーザを燃焼室１２内に集光する。これによって、燃焼室１２内の混合気が着火され燃焼される。

【0047】

燃焼によって生じる排気ガスは、水等の物質を含む場合がある。本実施形態では、連結通路５１は、絞り５１ａを含む。絞り５１ａは、燃焼室１２から第１収容室５２へと逆流する排気ガスを低減することができ、これによって、第１光学部品３ａに付着する物質を低減することができる。

【0048】

以上のようなエンジン１００は、燃焼室１２に向う軸線Ｘに沿って配置され、レーザ光を燃焼室１２に導く光学部品３ａ，３ｂ，３ｃと、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを収容するハウジング５と、を備える。ハウジング５は、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを収容する第１収容室５２と、燃焼室１２と流体連通し、燃焼室１２に酸化剤を供給する第２流路５５と、を含む。第２流路５５は、径方向において第１収容室５２の外側に位置し、かつ、軸線方向において第１収容室５２と重複する部分を含む。このような構成によれば、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを収容する第１収容室５２は、酸化剤が流れる第２流路５５と隣接する。したがって、酸化剤によって、第１収容室５２が冷却される。このため、燃焼室１２から光学部品３ａ，３ｂ，３ｃに伝わる熱を低減することができる。

【0049】

また、エンジン１００では、第１収容室５２に収容される部品のうち、燃焼室１２に最も近い部品、本実施形態では、第１光学部品３ａは、燃焼室１２と対向する。上記のように、エンジン１００は、燃焼室１２から第１収容室５２に伝わる熱を低減することができるので、断熱材等の追加の部品を省略することができる。したがって、構造を簡略化することができる。

【0050】

また、エンジン１００では、第２流路５５は、酸化剤を噴射する第２噴射孔５５ｂを含み、第２噴射孔５５ｂは、燃焼室１２に最も近い部品、本実施形態では、第１光学部品３ａに向かって酸化剤を噴射する。このような構成によれば、第１光学部品３ａは、酸化剤との直接接触によっても冷却される。このため、燃焼室１２から光学部品３ａ，３ｂ，３ｃに伝わる熱をさらに低減することができる。また、酸化剤は、第１光学部品３ａに付着した物質を除去することができる。したがって、第１光学部品３ａを清浄に保つことができ、レーザの透過を維持することができる。

【0051】

また、エンジン１００では、ハウジング５は、軸線方向において、燃焼室１２と第１収容室５２との間に形成される連結通路５１と、連結通路５１に形成され、連結通路５１の断面積を狭める絞り５１ａと、を含む。このような構成によれば、燃焼室１２から第１収容室５２へと逆流する排気ガスが絞り５１ａによって低減され、これによって、第１光学部品３ａに付着する物質をさらに低減することができる。

【0052】

また、エンジン１００は、軸線Ｘに沿って配置され、レーザ発振を発生させるレーザ結晶４を備え、ハウジング５は、レーザ結晶４を収容する第２収容室５３を含む。このような構成によれば、第１収容室５２に隣接する第２収容室５３も、熱伝導によって冷却される。したがって、レーザ結晶４に伝わる熱を低減することができる。このような構成によれば、レーザ結晶４をハウジング５内に光学部品３ａ，３ｂ，３ｃの近くに配置することができる。したがって、レーザ強度の低下を抑制することができる。

【0053】

また、エンジン１００は、例えば、ロケットに使用されてもよい。ロケットに搭載されるエンジンは、酸化剤として、液体酸素および圧縮酸素を貯蔵する場合がある。これらの場合、低温の酸素（例えば、０℃よりも低い酸素）が第２流路５５を流れることになる。したがって、高い冷却効果が得られる。

【0054】

また、エンジン１００は、例えば、航空機に使用されてもよい。航空機に搭載されるエンジンは、酸化剤として、周囲の空気を使用する場合がある。したがって、圧縮された高温の空気が酸化剤として使用される場合に比して、良好な冷却効果が得られる。

【0055】

続いて、他の実施形態について説明する。

【0056】

図２は、第２実施形態に係るレーザ点火式エンジン２００を示す概略的な断面図である。エンジン２００は、第２流路５５が直接的に燃焼室１２に接続される点、および、連結通路５１が絞りを含まない点において、第１実施形態に係るエンジン１００と異なる。その他の構成については、エンジン２００は、エンジン１００と同じであってもよい。

【0057】

本実施形態では、第１実施形態に係るエンジン１００と比して、連結通路５１が軸線方向に短縮されており、第２流路５５は、軸線方向に沿って燃焼室１２まで直線的に延在する。したがって、第２噴射孔５５ｂは、連結通路５１には開口せずに、燃焼室１２に開口する。

【0058】

本実施形態では、酸化剤は、第２流路５５を通過し、第２噴射孔５５ｂから燃焼室１２に向かって直接的に噴射される。燃焼室１２では、燃料および酸化剤の混合気が生成される。混合気は、レーザによって着火され燃焼される。

【0059】

本実施形態では、燃焼室１２内における第１光学部品３ａ付近の領域は、第２噴射孔５５ｂ付近の領域に比べて、より低い圧力を有する。したがって、第２噴射孔５５ｂからの酸化剤の一部は、第１光学部品３ａに向かって流れ、これによって、第１光学部品３ａ付近に剥離渦が発生する。剥離渦によって、保炎性が向上される。

【0060】

上記のようなエンジン２００は、第１実施形態に係るエンジン１００と同様、第２流路５５を流れる酸化剤によって、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃに伝わる熱を低減することができる。このため、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを保護するための部品を省略することができる。また、エンジン２００では、エンジン１００と同様、レーザ結晶４が、第１収容室５２に隣接する第２収容室５３に収容されるので、レーザ結晶４に伝わる熱を低減することができる。

【0061】

図３は、第３実施形態に係るレーザ点火式エンジン３００を示す概略的な断面図であり、図２中のIII-III線に沿って得られる断面図である。図３は、軸線Ｘに垂直でかつ第２ポート５５ａを通る断面を示す。エンジン３００は、第２ポート５５ａの延在方向において、第２実施形態に係るエンジン２００と異なる。その他の構成については、エンジン３００は、エンジン２００と同じであってもよい。

【0062】

軸線方向に見た場合に、第２ポート５５ａは、径方向に対して傾いた方向に延在する。本実施形態では、軸線方向に見た場合に、第２ポート５５ａは、円筒形状を有する第２流路５５の接線方向に延在する。なお、図３では、ハウジング５は、４つの第２ポート５５ａを含むが、第２ポート５５ａの数はこれに限定されず、ハウジング５は、１つ、２つ、３つ、または、５つ以上の第２ポート５５ａを含んでもよい。

【0063】

本実施形態では、第２ポート５５ａから第２流路５５に酸化剤が流れると、第２流路５５を流れる酸化剤に旋回流が付与される。このような構成によれば、第２実施形態に係るエンジン２００に比して、燃焼室１２内における第１光学部品３ａ付近の圧力と、第２噴射孔５５ｂ付近の圧力との間の差が、増加する。したがって、剥離渦が強化され、保炎性が向上される。

【0064】

上記のようなエンジン３００は、第２実施形態に係るエンジン２００と概ね同様な効果を奏する。また、エンジン３００では、軸線方向に見た場合に、第２ポート５５ａは、径方向に対して傾いた方向に延在する。したがって、第２流路５５を流れる酸化剤に旋回流が付与される。このような構成によれば、剥離渦が強化され、保炎性が向上される。

【0065】

図４は、第４実施形態に係るレーザ点火式エンジン４００を示す概略的な断面図である。エンジン４００は、ハウジング５が第２流路５５に突起５５ｃを含む点で、第２実施形態に係るエンジン２００と異なる。その他の構成については、エンジン４００は、エンジン２００と同じであってもよい。

【0066】

本実施形態では、突起５５ｃは、第２流路５５の外周面から径方向内側に突出する。突起５５ｃは、第２流路５５を流れる酸化剤に旋回流を付与するように形成される。例えば、突起５５ｃは、軸線Ｘ周りの螺旋形状を有してもよい。突起５５ｃの形状はこれに限定されず、例えば、各々がブレード形状を有する複数の突起５５ｃが、円周方向に沿って形成されてもよい。また、他の実施形態では、ハウジング５は、第２流路５５を流れる酸化剤に旋回流を付与する限りにおいて、突起５５ｃに代えて、第２流路５５の外周面に形成される溝を備えてもよい。

【0067】

上記のようなエンジン４００は、第２実施形態に係るエンジン２００と概ね同様な効果を奏する。また、エンジン４００では、ハウジング５は、第２流路５５に配置され、酸化剤に旋回流を付与する突起５５ｃまたは溝を含む。したがって、第２流路５５を流れる酸化剤に旋回流が付与される。このような構成によれば、剥離渦が強化され、保炎性が向上される。

【0068】

図５は、第５実施形態に係るレーザ点火式エンジン５００を示す概略的な断面図である。エンジン５００は、突起５５ｃが、第２流路５５の外周面に代えて、第２流路５５の内周面に形成される点で、第４実施形態に係るエンジン４００と異なる。その他の構成については、エンジン５００は、エンジン４００と同じであってもよい。

【0069】

本実施形態では、突起５５ｃは、第２流路５５の内周面から径方向外側に突出する。突起５５ｃは、第２流路５５を流れる酸化剤に旋回流を付与するように形成される。例えば、突起５５ｃは、軸線Ｘ周りの螺旋形状を有してもよい。突起５５ｃの形状はこれに限定されず、例えば、各々がブレード形状を有する複数の突起５５ｃが、円周方向に沿って形成されてもよい。また、他の実施形態では、ハウジング５は、第２流路５５を流れる酸化剤に旋回流を付与する限りにおいて、突起５５ｃに代えて、第２流路５５の内周面に形成される溝を備えてもよい。

【0070】

上記のようなエンジン５００は、第４実施形態に係るエンジン４００と概ね同様な効果を奏する。

【0071】

図６は、第６実施形態に係るレーザ点火式エンジン６００を示す概略的な断面図である。エンジン６００は、ハウジング５が、第２流路５５と第１収容室５２とを接続する貫通孔５５ｄを含む点で、第２実施形態に係るエンジン２００と異なる。その他の構成については、エンジン６００は、エンジン２００と同じであってもよい。

【0072】

例えば、貫通孔５５ｄは、径方向に沿って、第２流路５５から第１収容室５２までハウジング５を貫通する。本実施形態では、円周方向に沿って、複数の貫通孔５５ｄが設けられる。また、本実施形態では、軸線方向に沿って、複数列（本実施形態では、２列）の貫通孔５５ｄが設けられる。

【0073】

上記のようなエンジン６００は、第２実施形態に係るエンジン２００と概ね同様な効果を奏する。また、エンジン６００では、ハウジング５が、第２流路５５と第１収容室５２とを接続する貫通孔５５ｄを含む。エンジン６００では、第２ポート５５ａから第２流路５５に酸化剤が流れると、酸化剤の一部は、貫通孔５５ｄを介して第１収容室５２へと流れる。このような構成によれば、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃを、酸化剤によって直接的に冷却することができる。

【0074】

図７は、第７実施形態に係るレーザ点火式エンジン７００を示す概略的な断面図である。エンジン７００は、ハウジング５が、複数の第３流路（パージライン）５６を含む点で、第２実施形態に係るエンジン２００と異なる。その他の構成については、エンジン７００は、エンジン２００と同じであってもよい。

【0075】

具体的には、本実施形態では、第２実施形態に係るエンジン２００に比して、連結通路５１が軸線方向に延長される。第３流路５６は、この延長部分に設けられる。複数の第３流路５６は、円周方向に沿って配置される。他の実施形態では、ハウジング５は、単一の第３流路５６のみを含んでもよい。

【0076】

第３流路５６は、酸化剤タンクに接続される。第３流路５６は、第３噴射孔５６ａを含む。第３噴射孔５６ａは、連結通路５１に開口する。第３流路５６は、第３噴射孔５６ａが第１光学部品３ａに対向するように、径方向に対して傾斜して形成される。第３噴射孔５６ａは、酸化剤タンクからの酸化剤を、第１光学部品３ａに向かって噴射する。

【0077】

上記のようなエンジン７００は、第２実施形態に係るエンジン２００と概ね同様な効果を奏する。また、エンジン７００では、ハウジング５が、酸化剤を第１光学部品３ａに向かって噴射する第３流路５６を含む。このような構成によれば、第１光学部品３ａに付着した物質をより除去することができる。また、このような構成によれば、光学部品３ａ，３ｂ，３ｃに伝わる熱をさらに低減することができる。

【0078】

図８は、第８実施形態に係るレーザ点火式エンジン８００を示す概略的な断面図である。エンジン８００は、第３流路５６にノズル５７が設けられる点で、第７実施形態に係るエンジン７００と異なる。その他の構成については、エンジン８００は、エンジン７００と同じであってもよい。

【0079】

ノズル５７は、第３流路５６の延長線に沿って設けられる。ノズル５７は、第３流路５６の第３噴射孔５６ａから径方向内側に突出する。ノズル５７は、第４噴射孔５７ａを含む。第４噴射孔５７ａは、連結通路５１に開口する。ノズル５７は、第４噴射孔５７ａが第１光学部品３ａに対向するように、径方向に対して傾斜して形成される。第４噴射孔５７ａは、酸化剤タンクからの酸化剤を、第１光学部品３ａに向かって噴射する。

【0080】

上記のようなエンジン８００は、第７実施形態に係るエンジン７００と概ね同様な効果を奏する。また、エンジン７００では、ハウジング５が、第３流路５６の第３噴射孔５６ａから、第１光学部品３ａに向かって径方向内側に突出するノズル５７を含む。このような構成によれば、より近い位置から第１光学部品３ａに酸化剤を噴射することができる。このような構成によれば、剥離渦が強化され、保炎性が向上される。

【0081】

図９は、第９実施形態に係るレーザ点火式エンジン９００を示す概略的な断面図である。エンジン９００は、ハウジング５が、連結通路５１に絞り５１ａを含む点で、第８実施形態に係るエンジン８００と異なる。その他の構成については、エンジン９００は、エンジン８００と同じであってもよい。

【0082】

絞り５１ａは、連結通路５１の表面から径方向内側に突出する。連結通路５１の内径、および、第１光学部品３ａから発せられるレーザの直径の間の関係に関して、エンジン９００の絞り５１ａは、第１実施形態に係るエンジン１００の絞り５１ａと同様に設計されてもよい。

【0083】

上記のようなエンジン９００は、第８実施形態に係るエンジン８００と概ね同様な効果を奏する。また、エンジン９００では、ハウジング５は、連結通路５１に形成され、連結通路５１の断面積を狭める絞り５１ａを含む。このような構成によれば、燃焼室１２から第１収容室５２へと逆流する排気ガスが絞り５１ａによって低減され、これによって、第１光学部品３ａに付着する物質を低減することができる。

【0084】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0085】

例えば、図９に示される絞り５１ａは、図７のエンジン７００のハウジング５に設けられてもよい。

【0086】

また、エンジン１００から９００では、第１光学部品３ａは、燃焼室１２と直接的に対向する。すなわち、レーザ発振器２は、燃焼室１２と第１光学部品３ａとの間に保護ガラスを含まない。他の実施形態では、このような保護ガラスが燃焼室１２と第１光学部品３ａとの間に設けられてもよい。例えば、図１のエンジン１００において、このような保護ガラスが第１収容室５２に設けられる場合、第２噴射孔５５ｂは、燃焼室１２に最も近い部品として、保護ガラスに向かって酸化剤を噴射してもよい。

【0087】

また、図４のエンジン４００では、突起５５ｃは、第２流路５５の外周面から径方向内側に突出し、図５のエンジン５００では、突起５５ｃは、第２流路５５の内周面から径方向外側に突出する。他の実施形態では、突起５５ｃは、第２流路５５の内周面から外周面に至るまで突出してもよい、すなわち、突起５５ｃは、第２流路５５の内周面および外周面の双方に固定されてもよい。

【符号の説明】

【0088】

３ａ 第１光学部品
３ｂ 中間光学部品
３ｃ 最終光学部品
４ レーザ結晶
５ ハウジング
１２ 燃焼室
５１ 連結通路
５２ 第１収容室
５３ 第２収容室
５５ 第２流路（酸化剤流路）
５５ｂ 第２噴射孔
５５ｃ 突起
１００ レーザ点火式エンジン
２００ レーザ点火式エンジン
３００ レーザ点火式エンジン
４００ レーザ点火式エンジン
５００ レーザ点火式エンジン
６００ レーザ点火式エンジン
７００ レーザ点火式エンジン
８００ レーザ点火式エンジン
９００ レーザ点火式エンジン
Ｘ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】