(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給元より受入れた極低温液体を一時貯留して、極低温液体利用装置に供給するようにした補助タンク、および前記極低温液体利用装置から排出される極低温液体排液を一時貯留して、前記極低温液体利用装置内を所定圧に保持するキャッチタンクからなる極低温液体供給タンクにおいて、前記補助タンクが前記キャッチタンク内に設けられるとともに、前記キャッチタンク内に貯留される前記極低温液体排液を、ヘッド圧で前記補助タンク内に流入させる連通管が設けられていることを特徴とする極低温液体供給タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液体窒素（ＬＮ２  ）等の極低温状態の液体を使用する極低温液体利用装置に供給する低温液体供給用タンクに係り、特に、ロケットの推進薬供給系装置への適用が好適な極低温液体供給タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ロケットの推進力を発生させる極低温液体としての極低温推進薬（以下単に推進薬という）である液体酸素および液体水素を、射場の推進薬貯蔵所から、極低温液体利用装置としての発射台上に設置されたロケットの推進薬タンクに供給する、推進薬供給系装置に適用される極低温液体供給タンクは、ロケットに供給された推進薬が気化等によりロケットから常時排出される、再液化した極低温推進薬排液（以下単に排液という）を含む、気液混合体中の排液をトラップして、一時的に貯留するキャッチタンクと、供給元である推進薬貯蔵所からロケットに供給される推進薬を一時的に貯留して、推進薬を大気圧における飽和温度にし、ロケットに供給する補助タンクとからなり、これらのタンクはそれぞれ個別に設けるようにしている。
【０００３】
図２は、Ｈ−２Ａロケットの打上げに採用されている推進薬供給系装置の一部を示す系統図である。
図に示すように、従来の推進薬供給系装置に適用される極低温液体供給タンクは、図示省略した推進薬貯蔵所と、ロケット０１との間に配設された供給ライン０２の途中に設けられた補助タンク０３と、ロケット０１から排出される排液を含む気液混合体を、大気中へ放出するために設けられた排液ライン０４に介装されたキャッチタンク０５からなる。
【０００４】
そして、推進薬貯蔵所から図示省略したポンプにより補助タンク０３内に供給された推進薬０１２は、補助タンク０３の内圧を暫く大気圧に維持することにより、大気圧における飽和温度の推進薬０１２になる。
この大気圧における飽和温度になった推進薬０１２を、補助タンク０３から図示省略したロケット０１の推進薬タンクに供給する場合には、補助タンク０３に連通させた加圧用ガスライン０６から、Ｈｅ等の加圧用ガスを補助タンク０３内に導入して、補助タンク０３内を加圧して、推進薬０１２を押し出し、供給ライン０２を介して推進薬タンクに供給するようにしている。
【０００５】
この補助タンク０３は、内部に収容した推進薬０１２の蒸発量を削減するため、及び加圧中の推進薬０１２の温度上昇を防止するために、内筒および外筒からなる二重殻構造にされ、内筒と外筒との間を真空にすることにより、真空断熱を行うようにしている。
さらに、補助タンク０３には、推進薬が蒸発したガス、および推進薬を押し出すために加圧用ガスライン０６から導入された加圧用ガスを、大気中へ放出するためのガス排出ライン０９が設けられている。
また、補助タンク０３には、真空断熱効果を維持するために、内筒と外筒との間に形成される空間内に流入した気体を抜き出すための図示省略した真空引きラインが設けられている。
【０００６】
一方、排液ライン０４に介装されるキャッチタンク０５は、推進薬充填時の推進薬タンク内の圧力上昇を小さくするため、又は推進薬タンク内に充填された推進薬０１２を大気圧における飽和温度に維持するために、ロケット０１から排出される排液を移送する排液ライン０４の内圧を低く維持する必要があることから、常時、大気圧ベントする必要があり、ベントライン０７が設けられている。
さらに、キャッチタンク０５には、排液ライン０４から流入し、トラップされた排液の気化に伴う、キャッチタンク０５内の圧力上昇による排液ライン０４の内圧上昇を抑制するために、補助タンク０３と同様の構造にして、真空断熱を行うようにしている。
【０００７】
また、ロケット０１から排出され、トラップされてキャッチタンク０５内に溜まった排液は、ロケット打ち上げ後に、廃棄ライン０８を介して、大気中等に排出するようにしている。
なお、供給ライン０２、排液ライン０４、加圧用ガスライン０６、ベントライン０７、廃棄ライン０８およびガス排出ライン０９のそれぞれには、それらの開閉により、上述した操作を可能にするバルブが、必要個所にそれぞれ介装されている。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の極低温液体供給タンクでは、次の不具合がある。
（１）  キャッチタンク０５に溜まる排液は、推進薬として再利用できるにも拘わらず、回収できるようにしてないため、大気中等へ廃棄せざるを得ず、推進薬の無駄が生じ、打上げコストが嵩む原因となる。
また、このような排液を回収するようにするためには、高価な極低温仕様のポンプ、および二重管構造等の防熱構造にした長い配管等の、極低温の排液を移送するための装置の設置が必要となる。
（２）  補助タンク０３は、推進薬の温度維持、及び蒸発量削減のために、上述した真空断熱等の防熱構造の施工が必要であり、さらに、真空断熱部の真空度を保持するための真空引き作業が定期的に必要となり、このための設備費および運用費が嵩む。
（３）  キャッチタンク０５、及び補助タンク０３の２個のタンク設置が必須であるため、２個分のタンク設置面積を必要とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の極低温液体供給タンクの不具合を解消するため、キャッチタンクに溜まる排液を、ヘッド圧により補助タンクに流入させることにより、排液を回収するための高価な装置を必要とすることなく、排液の再利用が可能になり、補助タンクの周囲に補助タンク内への侵入熱をおさえるための断熱施工を必要とせず、また補助タンクの断熱効果を維持するための真空引き作業も不要となり、さらには、補助タンク、キャッチタンクの２個のタンクを設けるにも拘わらず、タンクの設置面積を、タンク１個分の面積にできる極低温液体供給タンクを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の極低温液体供給タンクは、次の手段とした。
【００１１】
（１）  供給元より受入れた極低温液体を一時貯留して、大気圧における飽和温度の極低温液体にして、ロケットの推進薬タンク等の極低温液体利用装置に供給するようにした補助タンクを、極低温液体利用装置から排出される極低温液体の排液を一時的に貯留して、極低温液体利用装置内を、補助タンクから供給される低温液体を受け入れ等に適した所定圧に保持するようにしたキャッチタンクの内部に設けた。
なお、キャッチタンク内への補助タンクの設置は、キャッチタンク内に溜る排液が補助タンクの外面を被包でき、しかも、キャッチタンク内に溜る排液の液位を、補助タンク内に貯留される推進薬の液位よりも、上方にできる高さにすることが好ましい。
【００１２】
（２）  キャッチタンク内に貯留される極低温液体の排液を、排液のヘッド圧により、キャッチタンク内に設置した補助タンク内に流入させる連通管を、キャッチタンクと補助タンクとの間に連通させて設けた。
なお、連通管には、キャッチタンク内に貯留される排液の液位が高くなったとき、キャッチタンク内から補助タンク内へ任意に排液を流入させることができるように、外部から操作できるバルブを設けることが好ましい。
【００１３】
本発明の極低温液体供給タンクによれば、上述の手段により、キャッチタンクと補助タンクとを連結する連通管により、キャッチタンク内に溜る極低温流体の排液は、ポンプ等の回収装置を使用することなく、ヘッド圧により、連通管を経由して自動的に内部タンクへ流入させ、再利用することができる。
【００１４】
このため、極低温流体の無駄が省けるとともに、高価な移送装置が不要になる。また、補助タンクをキャッチタンク内に設置したことにより、補助タンクはキャッチタンク内に溜る極低温液体の排液により、外部環境から遮断されることになり、真空断熱等の断熱施工が不要になる。
【００１５】
さらに、補助タンクは断熱施工が不要なことから、断熱効果を維持するため、従来行っていた真空引き作業が不要になり、このための設備費および運用費を低減することができる。
さらに、キャッチタンクの中に補助タンクを設置することにより、設置面積は、タンクを２個設置するにも拘わらず、タンク１個分の面積で良くなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の極低温液体供給タンクの実施の一形態を、図面にもとづき説明する。
図１は、本発明の極低温液体供給タンクの実施の第１形態を示す系統図である。なお、図１においては、Ｈ−２Ａロケットの推進薬供給系装置のうちの、液体酸素供給系装置、及び液体水素供給系装置に適用される推進薬供給系装置に、本実施の形態の極低温液体供給タンクを設けたものを示している。
また、図において、図２に示す部材と同一、若しくは類似の部材については、同一符番を符して説明は省略した。
【００１７】
図に示すように、本実施の形態の極低温液体供給タンクは、ロケット０１から排出される推進薬、すなわち、推進薬タンクに充填された推進薬が気化して排出され、一部が再液化して気液混合体となっている排液をトラップするためのキャッチタンクとしての外部タンク５、ロケット０１へ極低温液体である推進薬を供給するため、一時的に貯留する補助タンクとしての内部タンク３、及び外部タンク５内に溜った排液を、排液のヘッド圧により内部タンク３へ流入させるため、内部タンク３と外部タンク５を連通する連通管１０から構成されるとともに、内部タンク３を外部タンク５内に設置するようにした点が、図２に示す従来の極低温液体供給タンクとは異る。
【００１８】
本実施の形態の極低温液体供給タンクは、このように構成され、供給元である推進薬貯蔵所から供給ライン０２を介して、内部タンク３に供給された推進薬１２は、バルブＶ１  を開放してガス排出ライン０９により大気開放にされた内部タンク３内で、暫く大気圧に維持することにより、大気圧における飽和温度になった推進薬１２、すなわちサブクール状態の極低温の推進薬となる。
この推進薬１２をロケット０１に供給するときには、ガス排出ライン０９のバルブＶ１  および連通管１０に設けたバルブＶ３  を閉鎖するとともに、加圧用ガスライン０６のバルブＶ２  を開放して、加圧用ガスを内部タンク３に導入し、内部タンク３内を加圧することにより、供給ライン０２を介してロケット０１の推進薬タンクに供給する。
【００１９】
また、推進薬が充填された後、推進薬タンクへの入熱により、ロケット０１から常時排出される推進薬の気液混合体は、排液ライン０４を通り、外部タンク５に導入され、気液混合体のうちの液体分、すなわち排液１１は外部タンク５にトラップされ、外部タンク５内に貯留される。
【００２０】
さらに、バルブＶ２  が閉鎖され、内部タンク３内が非加圧状態では、外部タンク５内に溜った排液１１は、その液位が、内部タンク３内の推進薬１２の液位より高くなった時点で、連通管１０のバルブＶ３  を開放しておくことにより、そのヘッド圧により連通管１０から自動的に内部タンク３へ移送される。
この内部タンク３の外周面の全ては、外部タンク５内に溜る大気圧飽和温度の推進薬、すなわち排液１１により、外部環境から遮断されているため、外部からの熱の侵入が防止され、断熱施工は不要である。
【００２１】
従って、内部タンク３に対応する、従来の補助タンク０３で必要としていた、真空断熱部の断熱効果を維持させるための、真空断熱部の真空引き装置、および作業も不要になる。
また、ロケット０１打ち上げ後は、外部タンク５、内部タンク３内に残る排液１１、推進薬１２は、推進薬貯蔵所へ戻し、再利用される。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の極低温液体供給タンクによれば、特許請求の範囲に示す構成により、
（１）  補助タンクをキャッチタンクの内部に設置したことにより、補助タンクの真空断熱等の断熱構造の施工が不要となり、従って、従来実施していた補助タンクの真空引き作業も不要となり、断熱構造施工に伴う設備費、及び運用費の削減が図れる。
（２）  さらに、従来、廃棄していた、ロケットから排出される排液を回収し、推進薬としてロケットに再供給することができ、推進薬の無駄が省け、ロケット打上げコストを低減できる。
（３）  キャッチタンクから補助タンクへの排液の移送は、排液自体ヘッド圧により自動的に行われるので、排液回収のための特別の装置を必要とせず安価なものにできる。
（４）  タンク設置面積をタンク１個分の面積にすることができ、射場の有効活用が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極低温液体供給タンクの実施の第１形態を示す系統図、
【図２】従来の極低温液体供給タンクを示す系統図である。
【符号の説明】
３    補助タンクとしての内部タンク
５    キャッチタンクとしての外部タンク
１０  連通管
１１  排液
１２  推進薬
０１  ロケット
０２  （推進薬）供給ライン
０３  補助タンク
０４  排液ライン
０５  キャッチタンク
０６  加圧用ガスライン
０７  ベントライン
０８  廃棄ライン
０９  ガス排出ライン
【図１】
0003612535.tif 000002
【図２】
0003612535.tif 000003