(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温流体冷却システムであって、
ａ．極低温流体入口および気体解放出口を含む極低温流体保持容器と、
ｂ．第１および第２の極低温流体供給源と、
ｃ．極低温流体保持容器の入口に接続された出口と、第１および第２の極低温流体供給源に接続された入口とを含む極低温流体供給ラインであって、第１及び第２の極低温流体供給源中の各極低温流体が同一極低温流体供給ラインで極低温流体保持容器に配送される極低温流体供給ラインと、
ｄ．第１および第２の極低温流体供給源に機能的に接続された流体流れ制御システムとを含み、さらに、
ｅ．極低温流体供給ラインの入口を第１の極低温流体供給源の出口に接続する第１の極低温流体配送ラインと、
ｆ．極低温流体供給ラインの入口を第２の極低温流体供給源の出口に接続する第２の極低温流体配送ラインとを含み、
ｇ．流体流れ制御システムは、第１の極低温流体配送ライン内の第１のバルブと第２の極低温流体配送ライン内の第２のバルブとを含む、極低温流体冷却システム。
【請求項２】
流体流れ制御システムは、極低温流体保持容器へと予め定められた量の第１の流れを配送し、次に、極低温流体保持容器へと予め定められた量の第２の流れを配送するための測定手段を含む、請求項１に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項３】
測定手段は流れ質量測定システムまたは流れ容積測定システムを含む、請求項２に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項４】
流体流れ制御システムは、
ａ．極低温流体保持容器内の物質の流体温度が予め定められた温度に達すると第２のバルブを閉じる温度調節装置を含み、温度調節装置は、流体温度を直接的または間接的に決定するために極低温流体保持容器と機能的に調和させられた温度計を含む、請求項１に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項５】
予め定められた温度はほぼ第２の極低温流体源における極低温流体の沸点である、請求項４に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項６】
極低温流体保持容器内の拡散器をさらに含み、拡散器は極低温流体供給ラインの出口に接続される拡散器入口を含む、請求項１に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項７】
流体酸素が第１の極低温流体源内にあり、流体窒素、ネオンまたはヘリウムが第２の極低温流体源内にある、請求項１に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項８】
流体水素が第１の極低温流体供給源内にあり、流体ヘリウムが第２の極低温流体源内にある、請求項１に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項９】
極低温流体保持容器は輸送機内にある、請求項１に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項１０】
輸送機は飛行可能である、請求項８に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項１１】
第１および第２の極低温流体源は輸送機の外部に配置される、請求項９に記載の極低温流体冷却システム。
【請求項１２】
第１および第２の極低温流体配送ラインは輸送機の外部に配置される、請求項１０に記載の極低温流体冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は極低温液体推進燃料に関し、特に極低温液体推進燃料の冷却に関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
スペースシャトル、アトラス／ケンタウルス、デルタ等のような、極低温液体酸素および／または水素を利用する推進システムは現在、施設の貯蔵タンクから充填されており、環境的な熱漏れ、移送ラインおよびタンク壁の冷却の結果として液体により吸収される熱を退けるために、後にフライトタンク内で冷却させられている。液体バルクの冷却は、より多くの推進量がタンクに貯蔵され得るように液体密度を増大するため、かつタンク動作圧力およびタンク重量が最少化されるように液体蒸気圧を低減するために望ましい。
【０００３】
推進システムの重量を低減する必要性は当該技術において認識されている。航空機は軽量であればあるほど効率的に運行可能である。極低温液体燃料を冷却するための現在のシステムは航空機の重量を増す。冷却機能を行なうための簡単で丈夫なシステムおよび方法が必要である。冷却システムが簡単で丈夫であればあるほど動作中に問題が生じる機会が少なくなる。
【０００４】
したがって、簡単かつ丈夫であり、重量が低減された極低温液体冷却システムを設けることが必要である。
【０００５】
【発明の概要】
この発明のある局面において、容器内の第１の極低温流体を冷却するための方法は、第１の極低温流体へと第２の極低温流体を導入するステップと、容器から気体を解放するステップとを含む。第１の極低温流体は第２の極低温流体の沸点よりも高い沸点を有する。第１の極低温流体へと第２の極低温流体を導入すると、第２の流体が第１の流体を冷却させ、第２の流体が蒸発する。蒸発した流体は気体として容器から解放される。
【０００６】
この発明のある局面において、容器への第２の極低温流体の流れは、第１の極低温流体の温度が予め定められた温度に達したときに停止され得る。この発明のさらなる局面において、予め定められた温度は第２の極低温流体の沸点である。
【０００７】
この発明のある局面において、予め定められた量の第１の極低温流体が容器へと導入され、予め定められた量の第２の極低温流体が容器へと導入される。
【０００８】
この発明のある局面において、第２の極低温流体は容器の底部に配置された拡散器を通して容器へと導入され得る。
【０００９】
この発明のある局面において、第１の極低温流体は酸素であり、第２の極低温流体は窒素、ネオンまたはヘリウムである。この発明の他の局面では、第１の極低温流体は水素であり、第２の極低温流体はヘリウムである。
【００１０】
この発明のある局面において、容器は輸送機内にある。この発明のさらなる局面において、輸送機は飛行可能である。
【００１１】
この発明のある局面において、極低温流体冷却システムは、極低温流体保持容器と、第１および第２の極低温流体供給源と、極低温流体供給ラインと、流体流れ制御システムとを含む。極低温流体保持容器は極低温流体入口および気体解放出口を含む。極低温流体供給ラインは、極低温流体保持容器の入口に接続された出口と、第１および第２の極低温流体供給源に接続された入口とを含む。流体流れ制御システムは第１および第２の極低温流体供給源に機能的に接続される。
【００１２】
この発明のさらなる局面において、第１の極低温流体配送ラインが極低温流体供給ラインの入口を第１の極低温流体供給源の出口に接続する。また、第２の極低温流体配送ラインが極低温流体供給ラインの入口を第２の極低温流体供給源の出口に接続する。さらに、流体流れ制御システムは、第１の極低温流体配送ライン内の第１のバルブと、第２の極低温流体配送ライン内の第２のバルブとを含む。
【００１３】
この発明のある局面において、流体流れ制御システムは、極低温流体保持容器へと予め定められた量の第１の流れを配送し、次に、極低温流体保持容器へと予め定められた量の第２の流れを配送するための測定手段を含む。この発明のさらなる局面において、測定手段は流れ質量測定システムまたは流れ容積測定システムを含み得る。この発明の他の局面において、温度調節装置が、極低温流体保持容器内の物質の流体温度が予め定められた温度に達したときに第２のバルブを閉じることができる。温度調節装置は、流体温度を直接的または間接的に決定するために極低温流体保持容器と機能的に調和させられた温度計を含み得る。
【００１４】
この発明のある局面において、第１および第２の極低温流体供給源は輸送機の外部に配置され、第１および第２の極低温流体配送ラインは輸送機の外部に配置される。
【００１５】
【好ましい実施例の説明】
ここで、図中同じ参照番号が同じ要素を示す図面、特に図１を参照すると、宇宙輸送機１０が極低温流体保持容器１２を内蔵する。容器１２は輸送機１０の燃料補給のような何らかの適切な目的のための極低温流体１４を保持することができる。この発明は、極低温流体１４の冷却および高密度化を行なうために極低温流体１４へと第２の極低温流体３０を導入することを含む。
【００１６】
この発明の図示する実施例では、容器１２内の極低温流体１４は主に、後述のように、第１の極低温流体供給源１８からの第１の極低温流体１６である。第１の極低温流体供給源１８は、この発明の図示する好ましい実施例では輸送機１０の外部に配置される。第１の極低温流体１６は供給源１８から供給源出口２０および供給ライン２２を通して容器入口２４へと導入され、そこで流体１６は容器１２に入る。より特定的には、この発明の図示する実施例では、流体１６は供給源出口２０を通して、バルブ２８を内部に有する第１の配送ライン２６と供給ライン２２とへ導入される。
【００１７】
この発明の図示する実施例では、第２の極低温流体供給源３２内の第２の極低温流体３０は、第１の極低温流体１６が容器へと導入された後に容器１２に導入される。第２の極低温流体源３２はこの発明の図示する好ましい実施例では輸送機１０の外部に配置される。第２の極低温流体３０は供給源３２から供給源出口３４および供給ライン２２を通して容器入口２４に導入され、そこで流体３０は容器１２へと入る。より特定的には、この発明の図示する実施例では、流体３０は供給源出口３４を通して、バルブ３８を内部に有する第２の配送ライン３６と供給ライン２２とへ導入される。
【００１８】
第２の極低温流体３０は容器１２へと導入されている第１の極低温流体１６を冷却する。第１の極低温流体１６は第２の極低温流体３０よりも高い沸点を有する。このため、第１の極低温流体１６の温度は第２の極低温流体３０の温度よりも高い。第２の極低温流体３０は容器１２へと入るにつれ、容器内の第１の極低温流体１６を冷却する。
【００１９】
この発明のある好ましい実施例では、極低温流体１６および３０が相互にかつ本質的に溶解不可能である。しかしながら、この発明の好ましい実施例では、第１の極低温流体への第２の極低温流体３０のいくらかの溶解が起こってもよく、それによって、容器の極低温流体１４が全体的ではないかもしれないが圧倒的に第１の極低温流体１６となることがある。
【００２０】
第２の極低温流体３０が容器の極低温流体１４を冷却するにつれ、第２の極低温流体の一部が蒸発し、容器の上部にある気体解放出口４２を通して容器から出る。極低温流体が相互かつ本質的に溶解不可能であるこの発明の好ましい実施例では、容器１２へと導入された第２の極低温流体３０の実質的にすべてが蒸発する。蒸発の潜熱と第２の極低温流体３０からの顕熱とが容器１２内の極低温流体１４を冷却する。
【００２１】
この発明の好ましい実施例では、第１の極低温流体１８は水素であり、第２の極低温流体３０はヘリウムである。この発明のより好ましい実施例では、第１の極低温流体１８は酸素であり、第２の極低温流体３０は窒素、ネオンまたはヘリウムである。
【００２２】
この発明の図示する実施例では、拡散器４０が容器入口２２に接続され、容器の底部に配置されて、第２の極低温流体３０を容器の極低温流体１４へと分配するのを助ける。この発明の実施例は容器の内部へとかつ容器の近くへと第２の極低温流体３０を導入する何らかの装置、たとえば開口部、吹出し口、拡散器、分配器、気泡通気装置、多岐管、整流装置および他の装置を含む。この発明の好ましい実施例では、第２の極低温流体３０は容器の底部を通して容器１２へと入る。この発明の他の実施例は底部以外の部分から容器に入る第２の極低温流体３０を有してもよい。
【００２３】
この発明の好ましい実施例では、流体流れ制御システム６０が容器１２へと第１および第２の極低温流体１６および３０の流れを導入する。制御システム６０はバルブ２８および３８と温度計６２とを含む。温度計６２は容器１２に装着されて容器の極低温流体１４の温度を測定する。温度計６２は信号６４を第２のバルブ３８に送る。バルブ３８は、容器の極低温流体１４の温度が予め定められた温度に達すると閉じる。この発明の好ましい実施例では、予め定められた温度は第２の極低温流体３０の沸点である。この発明の他の実施例はより高い予め定められた温度を有してもよい。
【００２４】
この発明の図示する実施例では、温度計６２が容器１２に装着されて容器の極低温流体１４の温度を測定する。他の実施例は容器の極低温流体１４の温度を直接的または間接的に決定するために何らかの他の適切な温度計を有してもよい。これらの他の実施例は概算によって容器の極低温流体１４の温度を決定する方法および装置を含んでもよい。
【００２５】
この発明の他の実施例では、予め定められた容積の第２の流体３０が容器１２に導入される。容器の極低温流体１４を冷却するのに必要な予め定められた容積は、当業者には公知の技術を用いて、第１および第２の極低温流体１６および３０の特性および温度と、流体を配送し、貯蔵するのに用いられる装置の特性とに基づいて定められ得る。第２の極低温流体の容積の測定には流れ質量測定器、流れ容積測定器または他の適切な測定システムが関わり得る。これらの測定システムはこの発明の実施例の流体流れ制御システムに組み込まれるであろう。
【００２６】
この発明の他の実施例は、そのいくつかを後述する、容器１２へと第１および第２の極低温流体の流れを導入し、かつ測定するための他のタイプの流体流れ制御システムを用いてもよい。容器に導入される第１の極低温流体１６の量は、容器内で予め定められた液面レベルに達したときに第１のバルブ２８を閉じるための信号を送る容器内の液面表示器によって制御され得る。容器１２は、容器に与えられた第１の極低温流体の予め定められた重量で第１のバルブ２８を閉じるための信号を送るロードセル上にあってもよい。ロードセルは、予め定められた量の第１の極低温流体１６が供給源を出ると第１のバルブ２８を閉じるための信号を送る第１の極低温流体供給源１８に装着されてもよい。
【００２７】
供給源１８からの第１の極低温流体１６の流れは流れ質量測定器または流れ容積測定器によって制御されてもよい。流体流れ制御システムの信号および制御装置部分は当該技術で公知の電子装置、中継器、空気装置、コンピュータおよび他の制御装置を含んでもよい。
【００２８】
この発明の実施例では、第１および第２の極低温流体１６および３０が別個のラインで容器に配送され得るが、これは望ましくない重量を輸送機１０に加えるかもしれない。この発明のさらに好ましい実施例では、２つの極低温流体１６および３０の少なくとも一部が容器１２に同時に導入され得る。
【００２９】
この発明の現在好ましい実施例を上に詳細に説明したが、当業者には想到され得る、ここに教示した基本的発明概念の多くの変形および／または変更が前掲の請求の範囲に規定するようなこの発明の精神および範疇内になお含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例に従う極低温流体冷却システムおよび高密度化システムを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０  輸送機、１２  極低温流体保持容器、１４  極低温流体、１６  第１の極低温流体、１８  第１の極低温流体供給源、２０  供給源出口、２２  供給ライン、２４  容器入口、２６  第１の配送ライン、２８  第１のバルブ、３０  第２の極低温流体、３２  第２の極低温流体供給源、３４  供給源出口、３６  第２の配送ライン、３８  第２のバルブ、４０  拡散器、４２  気体解放出口、６０  流体流れ制御システム、６２  温度計、６４  信号。
【図１】
0004727019.tif 000002