(57)【要約】  極低温液体燃料１２を貯蔵することができる貯蔵ボリューム２４を形成する第１の壁２３を有する極低温燃料タンク２２と、極低温液体燃料１２を貯蔵ボリューム２４内に流すことができる流入システム３２と、極低温液体燃料１２を極低温燃料貯蔵システム１０から供給するように構成された流出システム３０と、貯蔵ボリューム２４内の極低温液体燃料１２から形成された気体燃料１９の少なくとも一部を除去することができる排気システム４０とを含む、航空機用極低温燃料貯蔵システム１０が開示される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温液体燃料（１２）を貯蔵することができる貯蔵ボリューム（２４）を形成する第１の壁（２３）を有する極低温燃料タンク（２２）と、
前記極低温液体燃料（１２）を前記貯蔵ボリューム（２４）内に流すことができる流入システム（３２）と、
前記極低温液体燃料（１２）を前記極低温燃料貯蔵システム（１０）から供給するように構成された流出システム（３０）と、
前記貯蔵ボリューム（２４）内の前記極低温液体燃料（１２）から形成された気体燃料（１９）の少なくとも一部を除去することができる排気システム（４０）とを備える、航空機用極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項２】
未使用の気体燃料（１９）の少なくとも一部（２９）を前記極低温燃料タンク（２２）内に戻すように構成されたリサイクルシステム（３４）をさらに備える、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項３】
リサイクルシステム（３４）は、未使用の気体燃料（１９）の前記一部（２９）を、極低温燃料タンク（２２）に戻す前に冷却する低温クーラ（４２）を備える、請求項２記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項４】
前記極低温燃料タンク（２２）から高圧ガスを排気するように構成された安全放出システム（４５）をさらに備える、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項５】
前記安全放出システム（４５）は、前記第１の壁（２３）の一部を形成する破裂板（４６）を備える、請求項４記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項６】
前記極低温燃料タンク（２２）は、前記第１の壁（２３）を実質的に取り囲む第２の壁（２５）をさらに備え、その結果、前記第１の壁（２３）及び前記第２の壁（２５）間にギャップ（２６）が存在する、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項７】
前記第１の壁（２３）及び前記第２の壁（２５）間の前記ギャップ（２６）内には真空が存在する、請求項６記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項８】
前記第１の壁（２３）及び前記第２の壁（２５）間の前記ギャップ（２６）は、断熱材（２７）で実質的に満たされている、請求項６記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項９】
前記断熱材（２７）はエアロゲルである、請求項８記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１０】
前記断熱材（２７）は、熱伝達を実質的に排除することができる材料である、請求項８記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１１】
前記流出システム（３０）は、前記極低温燃料タンク（２２）内に位置する供給ポンプ（３１）を備える、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１２】
前記排気システム（４０）は、前記気体燃料（１９）の少なくとも一部を航空機推進システム（１００）に供給する、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１３】
前記排気システム（４０）は、前記気体燃料（１９）の少なくとも一部を燃焼器（９０）に供給する、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１４】
前記排気システム（４０）は、前記気体燃料（１９）の少なくとも一部を補助動力装置（１８０）に供給する、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１５】
前記排気システム（４０）は、前記気体燃料（１９）の少なくとも一部を燃料電池（１８２）に供給する、請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１６】
前記排気システム（４０）は、前記気体燃料（１９）の少なくとも一部を極低温燃料タンク（２２）の外部に放出する。請求項１記載の極低温燃料貯蔵システム（１０）。
【請求項１７】
極低温液体燃料（５０４）を貯蔵することができる貯蔵ボリュームを形成する極低温燃料タンク（５０３）と、
前記極低温燃料タンク（５０３）を少なくとも部分的に取り囲む外側シェル（５０１）であって、前記極低温燃料タンク（５０３）及び前記外側シェル（５０１）間に内部空間（５０２）を画定する、外側シェル（５０１）と、
前記内部空間（５０２）をパージするために前記内部空間（５０２）内に不活性ガスを導入することができるパージシステム（５１０）とを備える、航空機用極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項１８】
前記内部空間（５０２）内にガス監視センサ（５０９）をさらに備える、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項１９】
前記システム（５００）は、航空機システム（５）の機内の既存の貨物固定システムと互換性があるように構成されている、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項２０】
前記極低温燃料タンク（５０３）は自己密封コーティング（５１６）を含む、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項２１】
前記極低温燃料タンク（５０３）は、間に真空空間を有する内側壁及び外側壁と、前記真空のレベルを検知するセンサ（５１９）とを有する、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項２２】
前記極低温燃料タンク（５０３）は、前記極低温燃料タンク（５０３）内の内圧を減少させるために真空ポンプ（５２２）を含む、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項２３】
前記システム（５００）は、他のこのようなシステム（５００）に接続されるように構成されている、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項２４】
前記極低温燃料貯蔵システム（５００）は、前記システム（５００）を航空機システムに接続するために必要な最小限の電気的接続及び配管接続のみを有する自己完結型のモジュラ燃料システムである、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【請求項２５】
前記システム（５００）は、真にロールオンロールオフモジュラ燃料タンクシステムとなるように構成されている、請求項１７記載の極低温燃料貯蔵システム（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の技術は、一般的には航空機システムに関し、より具体的には航空機燃料貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ）のような特定の極低温燃料は、従来のジェット燃料よりも安価である可能性がある。しかしながら、航空機の燃料貯蔵に対する現在のアプローチは、長年に渡り、典型的な大気圧下で液体として貯蔵される従来のジェット燃料の特性に基づいて進化し、成熟してきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第２００５／２２４５１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、特に航空機に搭載する他の燃料貯蔵システムと組み合わせて液化天然ガス（ＬＮＧ）のような極低温燃料の安全で、効率的で、経済的な貯蔵を実現する航空機燃料貯蔵システムを有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、極低温液体燃料１２を貯蔵することができる貯蔵ボリューム２４を形成する第１の壁２３を有する極低温燃料タンク２２と、極低温液体燃料１２を貯蔵ボリューム２４内に流すことができる流入システム３２と、極低温液体燃料１２を極低温燃料貯蔵システム１０から供給するように構成された流出システム３０と、貯蔵ボリューム２４内の極低温液体燃料１２から形成された気体燃料１９の少なくとも一部を除去することができる排気システム４０とを含む、航空機用極低温燃料貯蔵システム１０が開示される。
【０００６】
本明細書に記載の技術は、添付図面と併せて以下の説明を参照することによって、最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】二重燃料推進システムを有する例示的な航空機システムの等角図である。
【図２】燃料タンクの例示的な配置、及び、例示的な蒸発利用を示す概略図である。
【図３】燃料貯蔵タンクの他の例示的な実施形態の概略図である。
【図４】燃料貯蔵タンクの他の例示的な実施形態の概略図である。
【図５】航空機内の１つの可能な貯蔵場所に配置された燃料貯蔵タンクの例示的な実施形態の概略図である。
【図６】航空機内の１つの可能な貯蔵場所に配置された複数の燃料貯蔵タンクの例示的な実施形態の概略図である。
【図７】航空機内の１つの可能な貯蔵場所に配置された燃料貯蔵タンクの例示的な実施形態の概略図である。
【図８】航空機内の１つの可能な貯蔵場所に配置された複数の燃料貯蔵タンクの例示的な実施形態の概略図である。
【図９】航空機内の１つの可能な貯蔵場所に配置された複数の燃料貯蔵タンクの例示的な実施形態の概略図である。
【図１０】航空機内の１つの可能な貯蔵場所に配置された複数の燃料貯蔵タンクの例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書の図面を参照すると、同じ参照番号は、種々の図面を通して同じ要素を示す。
【０００９】
図１は、本発明の例示的な実施形態による航空機システム５を示す。例示的な航空機システム５は、胴体６、及び、胴体に取り付けられた翼７を有する。航空機システム５は、飛行中の航空機システムを推進させるために必要な推進力を発生する推進システム１００を有する。推進システム１００は図１では翼７に取り付けられて示されているが、他の実施形態では、例えば尾部１６のような、航空機システム５の他の部分に結合されてもよい。
【００１０】
例示的な航空機システム５は、推進システム１００で使用される１つ又は複数の種類の燃料を貯蔵するための燃料貯蔵システム１０を有する。図１に示す例示的な航空機システム５は、本明細書で以下にさらに説明するように２種類の燃料を使用する。したがって、例示的な航空機システム５は、第１の燃料１１を貯蔵することができる第１の燃料タンク２１、及び、第２の燃料１２を貯蔵することができる第２の燃料タンク２２を備える。図１に示す例示的な航空機システム５では、第１の燃料タンク２１の少なくとも一部は、航空機システム５の翼７内に位置する。図１に示す例示的な一実施形態では、第２の燃料タンク２２は、航空機システムの胴体６内の、翼が胴体に結合されている位置の近くに位置する。代わりの実施形態では、第２の燃料タンク２２は、胴体６又は翼７内の他の適切な場所に位置してもよい。他の実施形態では、航空機システム５は、第２の燃料１２を貯蔵することができる任意の第３の燃料タンク１２３を備えてもよい。任意の第３の燃料タンク１２３は、例えば図１に概略的に示すように、航空機システムの胴体の機尾部に位置してもよい。
【００１１】
本明細書でさらに後述するように、図１に示す推進システム１００は、第１の燃料１１又は第２の燃料１２を使用することによって、或いは、第１の燃料１１及び第２の燃料１２の両方を使用することによって推進力を発生することができる二重燃料推進システムである。例示的な二重燃料推進システム１００は、第１の燃料１１又は第２の燃料１２を選択的に使用して、或いは、第１の燃料及び第２の燃料を選択した割合で使用して推進力を発生することができるガスタービンエンジン１０１を備える。第１の燃料は、Ｊｅｔ−Ａ、ＪＰ−８又はＪＰ−５或いは他の既知の種類又はグレードとして当該技術分野で知られているようなケロシン系ジェット燃料のような従来の液体燃料であってもよい。本明細書に記載の例示的な実施形態では、第２の燃料１２は、非常に低い温度で貯蔵される極低温燃料である。本明細書に記載の一実施形態では、極低温の第２の燃料１２は、液化天然ガス（或いは本明細書では「ＬＮＧ」と称される）である。極低温の第２の燃料１２は、低い温度で燃料タンク内に貯蔵される。例えば、ＬＮＧは第２の燃料タンク２２内に、約１５ｐｓｉａの絶対圧力で、約華氏−２６５度で貯蔵される。燃料タンクは、チタニウム、インコネル、アルミニウム又は複合材料のような既知の材料から作られてもよい。
【００１２】
図１に示す例示的な航空機システム５は、燃料を燃料貯蔵システム１０から推進システム１００に供給することができる燃料供給システム５０を備える。既知の燃料供給システムは、第１の燃料１１のような従来の液体燃料を供給するために使用することができる。本明細書に記載の図１に示す例示的な実施形態では、燃料供給システム５０は、例えばＬＮＧのような極低温液体燃料を、極低温燃料を輸送する導管を経て推進システム１００に供給するように構成される。
【００１３】
図１に示す航空機システム５の例示的な実施形態は、第１の燃料１１又は第２の燃料１２の少なくとも一方を使用して電力を発生することができる燃料電池を備える燃料電池システム４００をさらに含む。燃料供給システム５０は、燃料を燃料貯蔵システム１０から燃料電池システム４００に供給することができる。例示的な一実施形態では、燃料電池システム４００は、二重燃料推進システム１００によって使用される極低温燃料１２の一部を使用して電力を発生する。
【００１４】
上述し、図１に示す例示的な航空機システム５のような航空機システム及びその動作方法は、本発明の譲受人に譲渡された、本願と同時に出願された同時継続中の名称「Ｄｕａｌ  Ｆｕｅｌ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｓａｍｅ」の特許出願に、より詳細に記載されており、この出願の開示は参照により本明細書にその全体が組み込まれる。
【００１５】
図１に示す例示的な航空機システム５は、極低温燃料を貯蔵するための、例えば図２に示すような、極低温燃料貯蔵システム１０を備える。例示的な極低温燃料貯蔵システム１０は、例えばＬＮＧのような極低温液体燃料１２を貯蔵することができる貯蔵ボリューム２４を形成する第１の壁２３を有する極低温燃料タンク２２、１２２を備える。図３に概略的に示すように、例示的な極低温燃料貯蔵システム１０は、極低温液体燃料１２を貯蔵ボリューム２４内に流すことができる流入システム３２、及び、極低温液体燃料１２を極低温燃料貯蔵システム１０から供給するように構成された流出システム３０を有する。例示的な極低温燃料貯蔵システム１０は、さらに、貯蔵ボリューム２４内の極低温液体燃料１２から（貯蔵中に形成される可能性がある）気体燃料１９の少なくとも一部を除去することができる排気システム４０を備える。
【００１６】
図３に示す例示的な極低温燃料貯蔵システム１０は、さらに、未使用の気体燃料１９の少なくとも一部２９を極低温燃料タンク２２に戻すように構成されたリサイクルシステム３４を備える。一実施形態では、リサイクルシステム３４は、未使用の気体燃料１９の一部２９を、極低温燃料タンク２２、１２２に戻す前に冷却する低温クーラ４２を備える。低温クーラ４２の動作の例示的な動作は以下のとおりである。例示的な実施形態では、燃料タンクからの蒸発を、低温クーラとしても知られる逆ランキン冷却システムを使用して再冷却することができる。低温クーラには、航空機システム５の機内で利用可能なシステムのいずれかから来る電力によって、又は、搭乗ゲートに駐機している間に利用可能であってもよいもののような地上ベースの電力システムによって動力を供給することができる。低温クーラシステムは、二重燃料ガスタービンエンジン１０１の同時燃焼遷移中に、燃料システム内の天然ガスを再液化するために使用することもできる。
【００１７】
燃料貯蔵システム１０は、さらに、極低温燃料タンク２２内に形成される可能性があるなんらかの高圧ガスを排気するように構成された安全放出システム４５を備えてもよい。図３に概略的に示す例示的な一実施形態では、安全放出システム４５は、第１の壁２３の一部を形成する破裂板４６を備える。破裂板４６は、燃料タンク２２内が過圧力の場合に破裂し、どのような高圧ガスも放出する、既知の方法を使用して設計される安全機能である。
【００１８】
極低温燃料タンク２２は、単一の壁構造又は複数の壁構造を有してもよい。例えば、極低温燃料タンク２２は、さらに、第１の壁２３を実質的に取り囲む第２の壁２５を備えてもよい（例えば図２参照）。タンクの一実施形態では、タンク壁を越える熱流を減らすためタンクを断熱するために、第１の壁２３及び第２の壁２５間にギャップ２６が存在する。例示的な一実施形態では、第１の壁２３及び第２の壁２５間のギャップ２６内は真空である。真空は、真空ポンプ２８によって形成され維持されてもよい。代わりに、タンクの断熱を実現するために、第１の壁２３及び第２の壁２５間のギャップ２６を、例えばエアロゲルのような、既知の断熱材２７で実質的に満たしてもよい。他の適切な断熱材を使用してもよい。タンク内の液体の動きを制御するために、バッフル１７が含まれてもよい。
【００１９】
図２に示す極低温燃料貯蔵システム１０は、供給ポンプ３１を有する流出システム３０を備える。供給ポンプを、タンク２２に近い便利な位置に配置してもよい。極低温燃料への熱伝達を減らすために、図２に概略的に示すように、供給ポンプ３１を極低温燃料タンク２２内に配置することが好ましい可能性がある。排気システム４０は、燃料タンク２２内に形成される可能性があるどのようなガスも排気する。これらの排気されたガスを、航空機システム５内でいくつかの有用な方法で利用することができる。これらのいくつかを図２に概略的に示す。例えば、気体燃料１９の少なくとも一部を、エンジン内の冷却又は燃焼のために航空機推進システム１００に供給することができる。他の実施形態では、排気システム４０は、気体燃料１９の少なくとも一部をバーナに供給し、さらに、バーナからの燃焼生成物を航空機システム５の外に安全に排気する。排気システム４０の他の実施形態では、気体燃料１９の少なくとも一部を、航空機システム５に補助的な動力を供給する補助動力ユニット１８０に供給する。他の実施形態では、排気システム４０は気体燃料１９の少なくとも一部を、電力を発生する燃料電池１８２に供給する。他の実施形態では、排気システム４０は、気体燃料１９の少なくとも一部を極低温燃料タンク２２の外に放出する。
【００２０】
燃料貯蔵システムの例示的な動作、燃料タンクを含むその構成要素、並びに、例示的なサブシステム及び構成要素を以下のように説明する。
【００２１】
天然ガスは、約−２６０°Ｆの温度及び大気圧で、液体状態（ＬＮＧ）で存在する。旅客機、貨物機、軍用機又は民間機の機内でこれらの温度及び圧力を維持するために、以下の示す特徴は、選択された組み合わせで、ＬＮＧの安全で、効率的で、費用効果的な貯蔵を可能にする。図２を参照すると、これらは以下を含む。
【００２２】
（Ａ）限定はされないが、アルミニウムＡＬ５４５６及びより高い強度のアルミニウムＡＬ５０８６又は他の適切な合金のような合金で構成された燃料タンク２１、２２。
【００２３】
（Ｂ）軽量複合材料で構成された燃料タンク２１、２２。
【００２４】
（Ｃ）断熱性を改善し、ＬＮＧ流体への熱流を大幅に減らすための二重壁真空機能を有する上記タンク２１、２２。二重壁のタンクは、一次タンクが破裂する稀なケースで安全封じ込め装置としても機能する。
【００２５】
（Ｄ）ＬＮＧタンク及びその内容物の周囲からの熱流を最小にするために、例えばエアロゲルのような、軽量断熱材２７を利用する上記のいずれかの代わりの実施形態。エアロゲル絶縁材を、二重壁のタンク設計に加えて又はその代わりに使用することができる。
【００２６】
（Ｅ）二重壁のタンク間の空間の能動的な真空排気のために設計された真空ポンプ２８。ポンプは、ＬＮＧが蒸発した燃料、ＬＮＧ、Ｊｅｔ−Ａ、電力、又は、航空機に利用可能な任意の他の動力源から動作することができる。
【００２７】
（Ｆ）ＬＮＧ流体への熱伝達を減らすために一次タンク内に沈められた極低温ポンプ３１を有するＬＮＧタンク。
【００２８】
（Ｇ）正常状態又は緊急状態の下でＬＮＧをタンクから除去することができる１つ又は複数のドレン管路３６を有するＬＮＧタンク。ＬＮＧドレン管路３６は、ＬＮＧ重力水頭による排液率を超えて除去率を高めるために適切な極低温ポンプに接続される。
【００２９】
（Ｈ）外部環境からの熱の吸収によって形成された気体の天然ガスを除去するための１つ又は複数の排気管路４１を有するＬＮＧタンク。この排気管路４１系は、１方向逃がし弁又は背圧弁３９を使用して、タンクを所望の圧力に維持する。
【００３０】
（Ｉ）万一、過圧力状態が生じた場合は、主排気管路に並列な安全逃しシステム４５を有するＬＮＧタンク。破裂板は、代替機能又は並列機能４６である。逃がし弁は気体燃料を機外に向ける。
【００３１】
（Ｊ）上記設計特徴のいくつか又はすべてを有するＬＮＧ燃料タンクであって、そのジオメトリは、市販の航空機で設計され利用可能なもののような標準的なＪｅｔ−Ａ補助燃料タンクに関連する既存のエンベロープに適合するように設計される。
【００３２】
（Ｋ）上記設計特徴をいくつか又はすべてを有するＬＮＧ燃料タンクであって、そのジオメトリは、市販の航空機で設計され利用可能なもののような従来の旅客貨物機の下部貨物室に適合し、その中に収まるように設計される。
【００３３】
（Ｌ）ＬＮＧ、タンク及び構造要素を適切に断熱するような、既存の又は新規の航空機の中央翼タンク２２への変更。
【００３４】
排気及び蒸発システムは、既知の方法を使用して設計される。ＬＮＧの蒸発は、エネルギーを吸収し、タンク及びその内容物を冷却する蒸発プロセスである。蒸発したＬＮＧを、種々の異なるプロセスによって利用及び／又は消費することができ、いくつかの場合では、航空機システムに有用な仕事を提供し、他の場合では、より環境的に許容できる設計のために燃料を単に燃焼させる。例えば、ＬＮＧタンクからの排気ガスは、主にメタンから構成され、以下のいずれかの又はすべての組み合わせに使用される。
【００３５】
（Ａ）航空機ＡＰＵ（補助動力装置）１８０への経路指定。図２に示すように、タンクからの気体排気管路は、燃焼器で使用するための補助動力装置に直列に又は並列に経路指定される。ＡＰＵは、典型的には民間及び軍用機の機内で見られる既存のＡＰＵであってもよく、又は、蒸発した天然ガスを有用な電力及び／又は機械動力に変換するための専用の別個のＡＰＵであってもよい。蒸発天然ガス圧縮器は、天然ガスをＡＰＵで利用するために必要な適切な圧力に圧縮するために利用される。ＡＰＵは、今度は、エンジン又はＡ／Ｃの任意のシステムに電力を供給する。
【００３６】
（Ｂ）１つ又は複数の航空機ガスタービンエンジン１０１への経路指定。図２に示すように、ＬＮＧ燃料タンクからの天然ガス排気管路は、主ガスタービンエンジン１０１の１つ又は複数に経路指定され、追加の燃料源をエンジンに動作中に提供する。天然ガス圧縮器は、排気ガスを航空機ガスタービンエンジンで利用するために必要な適切な圧力に送り出すために利用される。
【００３７】
（Ｃ）燃焼。図２に示すように、タンクからの天然ガス排気管路は、自身の電気火花点火システムを有する小型の専用の排気燃焼器１９０に経路指定される。このようにして、メタンガスは大気中に放出されない。燃焼生成物が排気され、それはより環境的に許容可能なシステムをもたらす。
【００３８】
（Ｄ）排気。図２に示すように、タンクからの天然ガス排気管路は、１つ又は複数の航空機ガスタービンの排気ダクトに経路指定される。代わりに、排気管路を、ＡＰＵ排気ダクトに、又は、航空機後縁のいずれかへの別個の専用管路に経路指定することができる。天然ガスは、これらの場所Ｖの１つ又は複数で大気中に適切に排気されてもよい。
【００３９】
（Ｅ）地上動作。図２に示すように、地上動作中、システムのいずれかを、排気管路４１が任意の地上ベースシステムで蒸発した天然ガスを収集し利用する地上支援装置に取り付けられるように設計することができる。排気を、地上支援装置による燃料補給動作中に行うこともでき、地上支援装置は、同時に、流入システム３２を使用して燃料を航空機ＬＮＧタンク内に注入し、排気ガスを取り込み再使用することができる（同時に、図２に（Ｓ）として示すように排気し、燃料を供給する）。
【００４０】
図３〜１０は、航空用途のための着脱可能な「ロールオンロールオフ」ＬＮＧ燃料タンクシステム５００の例示的な実施形態を示す。本明細書の説明の多くはＬＮＧ燃料に関するが、このタンクの概念を任意の他の気体／極低温燃料に使用することができる。この燃料タンクシステムは、航空機の内部空間の使用の柔軟性が要求される航空用途で使用するためのものである。
【００４１】
ロールオンロールオフタンク５００は、航空機環境５０７と、燃料容器５０３のみ（最も望ましい用途ではＬＮＧのみである）を含むことができる燃料システムの内部５０２との間の境界を形成する外側シェル５０１で構成される自己完結型モジュラ燃料システムであり、又は、タンクシステムは、所望のバルブ、チューブ、換気機構、熱交換器、制御装置、及びガス検知器等のいずれかと共に、燃料容器５０３を含んでもよい。外側シェル５０１は、燃料システム内のものと航空機の大気の混合を排除するために密封されたシェルであってもよい。この外側シェル５０１は、本質的に、設計者が動作するように望むいかなる差圧にも耐えると共に容器５０３に物理的に保護する手段を提供するための構造である。外側シェル５０１は、また、図３〜１０に示す例示的な実施形態のように、航空機内に積み込み固定するのに適した任意の好適なサイズ及び形状で構成されることができ、真にロールオンロールオフモジュラ燃料タンクシステムとなるように、車輪及び／又は足車を含んでもよい。このようなシステムは、また、システムを航空機システムに接続するために必要な最小限の電気的接続及び配管接続のみを有する自己完結型であってもよい。
【００４２】
ロールオンロールオフ燃料タンクシステムの外側シェル５０１の内部の燃料容器５０３は、極低温流体の効率的な貯蔵のために設計された業界標準の容器であってもよく、又は、燃料貯蔵容器それ自身の完全性を監視及び管理するための特別な機能を有して設計された容器であってもよい。
【００４３】
外側シェルの内部の燃料容器５０３を、周囲気圧で、又は、システム全体の設計が要求する可能性があるような高圧で動作するように設計することができる。燃料容器の動作圧力とは無関係に、燃料容器を、例えば、他の極低温流体又はガスであろうとなかろうと、容器自体の内部で燃焼が生じる機会を最小限にするために、窒素のような不活性材料でパージすることができる。
【００４４】
ロールオンロールオフ燃料タンクシステム５００の外側シェル５０１の内部の空間５０２を、ガス監視センサ５０９を使用してガス漏れについて調査することができる。ＬＮＧは空気より軽いため、ガス漏れ検知器をシェルボリューム内で高く配置することができる／すべきである。シェルボリューム内の燃焼能力を低減するために、シェル内部の空気のボリュームをパージするために、不活性ガス（例えば窒素のような）を５１０で導入することができる。ヘリウムのようなより軽い不活性ガスを使用する場合、ガス漏れ検知器をボリュームの底の近くに配置してもよい。逆止弁又は他の機能５１１を、流量制御又は内部ボリューム５０２の他の管理のために使用することができる。
【００４５】
図３に示すように、容器５０３は、液体燃料５０４と、典型的には気体燃料の蒸気を含むヘッドスペース５０５とを含む。バルブ５０６を有する排気管路５２１を、気体燃料ヘッドスペース５０５から引き出すか気体燃料ヘッドスペース５０５を管理する、及び／又は、容器５０３内の圧力を管理するために使用することができる。容器外壁は、断熱されてもよく、及び／又は、複数の壁の構造であってもよい。
【００４６】
漏れが生じるときにガスの回収を避けるために、シェルの内部ボリューム５０２を排気することが好ましい。好ましいジオメトリは、ロールオンロールオフ燃料タンクシステムの排気を、排気管路５１５を介して航空機の圧力隔壁５０８を経て外部／雰囲気に接続するものである。制限オリフィス又はバルブ５１４を、排気の流量を制御するために使用することができる。燃料ガスは空気より軽いため、ガスポケット及び回収を優先的に除去するために、排気出口領域を、外側シェルを経て高く配置することができる。ガスが検知された場合、必要に応じてより高いパージ率を選択することができる。高度でのより低い外部圧力、及び、より高い航空機内圧力のために、自然の空気パージシステムを達成することができる。設計者が望むならば、飛行全体に、又は、より低い圧力差が存在する部分にのみ、不活性ガスパージシステムを利用することができる。
【００４７】
内側の燃料容器からの燃料は、断熱のための真空を含むことができる被覆されたチューブを通って、システムの残りに供給される。この燃料管路５１３と、燃料容器の排気管路及び充填管路のいずれかとを、上述したようなシステム排気出口を経て、燃料タンクの外側シェル５０１の外に経路指定することができる。上述した排気は、外側シェルから隔壁まで向けられるが、燃料管路の最終点までずっと被覆されてもよく、これによって、システム全体に１つのみ排気源を利用する。適切な安全措置をとるために、追加されたガスセンサ、漏れ検知を、被覆された排気管路の出口で使用することができる。任意のブーストポンプ５１２が、図示したように外側シェル５０１内、又は、外側シェル５０１の外側のいずれかで、燃料管路５１３内に含まれてもよい。
【００４８】
本明細書の議論の多くは、航空用途のための着脱可能な「ロールオンロールオフ」ＬＮＧ燃料タンクシステムに焦点を当てている。ＬＮＧは短期的に最も望ましい燃料であるが、このタンクの概念を、任意の他の気体／極低温燃料に使用することができる。燃料タンクシステムは、航空機の内部空間の使用の柔軟性が要求される航空用途での使用に適合され、構成される。
【００４９】
図４に示すように、例示的なＬＮＧ燃料タンクシステム５００には、航空用途のための強化された安全機能を設けてもよい。ＬＮＧは短期的には最も望ましい燃料であるが、このタンクの概念を、任意の他の気体／極低温燃料に使用することができる。
【００５０】
図４に示すような燃料タンクシステムの一実施形態は、タンク浸透及び貯蔵タンクからの漏れに対する強化された保護が望まれる航空用途を含む、輸送用途での使用に適している。
【００５１】
本明細書で説明したタンクは、単純な形態で、内側タンク壁、真空空間、及び、外側タンク壁から構成される真空断熱タンク５０３である。
【００５２】
タンクは、タンク５０３の内部又は外部にブーストポンプ５１２を有することができる。ブーストポンプは、通常の動作に必要の可能性があり、加圧タンクシステムを使用しない場合に必要の可能性がある。
【００５３】
タンクの完全性の安全監視のために、外側壁及び内側壁間の真空のレベルを検知するセンサ５１９を使用することができる。検知した真空のレベルに基づいて、他の制御オプションを行使することができる。
【００５４】
タンク浸透の場合に真空が失われた場合、窒素のような不活性ガスパージ５２０を、液体燃料上の蒸気ヘッドに、又は、真空空間それ自体に導入してもよい。加えて、管路５１７を通って排出する間の浸透の結果として真空空間に入る可能性がある任意の液体ＬＮＧを除去するために、排油ポンプ５１８を作動させることができる。同時に、又は、パージ及び排油に関する所望の準備又は遅延時間に、周囲のガスのタンクへの（流出ではなく）流入を引き起こし、外部に流れる鎰流又は漏れを制限するために、タンクの内圧をタンク外の圧力より低下させるために、追加の真空ポンプ５２２を作動させてもよい。任意の残留燃料を機外の容器を含む安全な場所に導くために、ブーストポンプ５１２をバルブと組み合わせて使用することもできる。
【００５５】
この設計のＬＮＧ又は極低温燃料タンクへの追加の機能は、タンクへの漏出の形態の浸透又は構造的なタンクの損傷を最小にするための、タンク壁の内側又は外側のいずれかの自己密封コーティング５１６又は構造であってもよい。
【００５６】
図５〜１０に示すように、上述して説明したようなロールオンロールオフ燃料タンク５００は、オペレータによって必要に応じて胴体６の内部の航空機空間９内にはめ込むために共形であってもよい。これらのタンク５００を、必要に応じて貨物フロア８の上又は旅客デッキ８の下にはめ込むことができる。これらを、必要に応じて胴体６内に長さ方向に又は幅方向に配置することができ、航空機の既存の貨物固定システム（トラックス（ｔｒａｃｋｓ）等）と互換性があるように構成することができる。
【００５７】
ロールオンロールオフタンク５００は、図６、８、９及び１０に示すような複数タンク構造では、所望の総燃料容量を設定又は供給するために互いに縦接続することができる。タンクの縦接続を可能にするために、各タンクを前のタンクにその燃料供給接続を介して接続することができる。同様に、燃料システム全体がシリーズとして動作する一連の共形タンク及び接続部となるように、排気を互いに（タンクからタンクへ）接続することができる。代わりの種類の接続は、並列システムとして機能するための各ロールオンロールオフ燃料タンク及び航空機間の固有の接続である。
【００５８】
ロールオンロールオフタンクには、航空機それ自体で燃料供給することができ、又は、駐機整備地区から離れた燃料補給所で燃料供給し、その後、満タン状態で航空機に輸送し、積み込み、接続することができる。
【００５９】
この明細書は、最良の形態を含んで本発明を開示するために、また、当業者が本発明を作製及び使用することができるようにするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、当業者に想起される他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、又は、それらが特許請求の範囲と実質的に異ならない等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内であるものとする。
【符号の説明】
【００６０】
５  航空機システム
６  胴体
７  翼
８  旅客デッキ
９  航空機空間
１０  極低温燃料貯蔵システム
１１  第１の燃料
１２  第２の燃料
１６  尾部
１７  バッフル
１９  気体燃料
２１  第１の燃料タンク
２２  第２の燃料タンク
２３  第１の壁
２４  貯蔵ボリューム
２５  第２の壁
２６  ギャップ
２７  断熱材
２８  真空ポンプ
２９  一部
３０  流出システム
３１  供給ポンプ
３２  流入システム
３４  リサイクルシステム
３６  ドレン管路
３９  １方向逃がし弁又は背圧弁
４０  排気システム
４１  排気管路
４２  低温クーラ
４５  安全放出システム
４６  破裂板
５０  燃料供給システム
１００  推進システム
１０１  ガスタービンエンジン
１２２  極低温燃料タンク
１２３  第３の燃料タンク
１８０  補助動力装置
１８２  燃料電池
１９０  排気燃焼器
４００  燃料電池システム
５００  ロールオンロールオフ燃料タンクシステム
５０１  外側シェル
５０２  内部ボリューム
５０３  容器
５０４  液体燃料
５０５  ヘッドスペース
５０６  バルブ
５０７  航空機環境
５０８  圧力隔壁
５０９  ガス監視センサ
５１０  パージシステム
５１１  逆止弁又は他の機能
５１２  ブーストポンプ
５１３  燃料管路
５１４  制限オリフィス又はバルブ
５１５  排気管路
５１６  自己密封コーティング
５１７  管路
５１８  排油ポンプ
５１９  センサ
５２０  不活性ガスパージ
５２１  排気管路
５２２  真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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