(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温液体の熱交換器システムであって、
（ａ） 真空排気部を含む大気の常圧（大気圧）以下の貯留部と、
（ｂ） 前記貯留部を通って延びるチューブと、
（ｃ） 前記貯留部の真空排気部に機能的に接続された吸引チャンバを有する流体エジェクタとを備え、
前記貯留部内の冷却用極低温流体の温度は、前記チューブ内の入来する極低温流体の温度より低い、極低温液体熱交換器システム。
【請求項２】
複数の流体エジェクタの吸引チャンバ入口が、前記貯留部の真空排気部に機能的に接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記貯留部に複数の真空排気部を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
複数の流体エジェクタの吸引チャンバ入口が、前記貯留部の複数の真空排気部に機能的に接続される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
複数の流体エジェクタの吸引チャンバ入口が、前記貯留部の複数の真空排気部にそれぞれ機能的に接続される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記流体エジェクタの排気部に機能的にかつ直列に接続された１つまたは２つ以上の付加的な流体エジェクタをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記流体エジェクタが、１つまたは２つ以上の流体流れ入口ノズルを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記流体エジェクタがスチームエジェクタである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
極低温流体の熱交換器貯留部に大気の常圧（大気圧）以下の圧力を生成するためのプロセスであって、
前記貯留部の排気部に機能的に接続された吸引チャンバを有する流体エジェクタに流体流れを放出するステップと、
前記貯留部を通って延びるチューブによって、入来する極低温流体を案内するステップを含み、
前記貯留部内の冷却用極低温流体の温度は、前記チューブ内の前記入来する極低温流体の温度より低い、プロセス。
【請求項１０】
前記放出ステップが、複数の流体流れを前記流体エジェクタの中に放出するステップをさらに含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記放出ステップが、複数の流体流れを、吸引チャンバを有する複数の流体エジェクタの中に放出するステップをさらに含み、前記吸引チャンバは前記貯留部の複数の排気部に機能的に接続される、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１２】
１つまたは２つ以上の直列接続された流体エジェクタの中に複数の流体流れを放出するステップをさらに含み、前記直列接続された流体エジェクタのうちの第１の流体エジェクタは、前記流体エジェクタの出口に機能的に接続された吸引チャンバを有する、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記流体流れがスチームの流れである、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記貯留部を通して前記冷却用極低温流体を案内するステップをさらに含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記冷却用極低温流体が液体窒素または液体水素を含む、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記入来する極低温流体が液体酸素または液体水素を含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１７】
貯留部の圧力を低減するために流体エジェクタを使用するステップと、
前記貯留部を通って延びるチューブによって、入来する極低温流体流れを案内するステップとを含み、
前記貯留部内の冷却用極低温流体の温度は、前記チューブ内の前記入来する極低温流体の温度より低い、極低温流体の熱交換器貯留部に大気の常圧（大気圧）以下の圧力を生成するためのプロセス。
【請求項１８】
前記貯留部の圧力を低減するために、直列に接続された流体エジェクタを使用するステップをさらに含む、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記貯留部の圧力を低減するために、複数の流体エジェクタを使用するステップをさらに含む、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記使用するステップが、スチームの流れを前記流体エジェクタの中に案内するステップをさらに含む、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記貯留部の中に前記冷却用極低温流体を案内するステップをさらに含む、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記冷却用極低温流体が液体窒素または液体水素を含む、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記入来する極低温流体が液体酸素または液体水素を含む、請求項１７に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、冷却システムに関し、より特定的には極低温冷却システムに関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
スペースシャトル、アトラス／ケンタウロスおよびデルタなどの、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、現在では貯蔵タンク施設で燃料供給されており、飛行体タンクの中で後に冷却するようにされ、環境による熱漏れ、移送ラインおよびタンク壁の温度の低下などによって液体によって吸収される熱を排除するようにする。より多くの推進質量がタンクに貯蔵できるように液体密度を高め、さらにはタンク作動圧力およびタンク重量が最小になるように液体蒸気圧を低減するために、液体バルクを冷却することが望ましい。
【０００３】
先行技術では極低温液体を冷却するための多くのプロセスおよびシステムが開示されている。極低温液体はタンク上に設けられたジャケットによって冷却され得る。しかしながら、重量による制限およびこのような低温冷却に関連する問題により、低温液体流が冷却される。最初にタンク満たされる極低温液体流は、タンクに入る前に冷却され得る。タンク中の極低温液体は、極低温流体の再循環流の温度を下げることによってさらに冷却される。
【０００４】
先行技術では、貯留部を通って延びるチューブを含む極低温熱交換器システムが開示されている。冷却されることとなる極低温流はチューブによって方向付けられる。貯留部はさらに低温の別の極低温流体で満たされる。極低温流体がそれを通って流れるチューブは貯留部の中に浸漬されるため、極低温流体はチューブを通って移動する際に冷却される。
【０００５】
熱交換器貯留部の極低温流体は低温を維持し、それと極低温流体との間の熱伝達を補助するために大気圧未満の圧力にされ得る。先行技術では、専用のコンプレッサを用いて大気圧未満の圧力を生成し、貯留部からの蒸気を圧縮した後に放出することが開示されている。このプロセスおよびシステムでは直接的にコンプレッサが要求され、コンプレッサは装置の複雑な部分である。
【０００６】
したがって、コンプレッサよりも単純な専用の装置を要する熱交換器貯留部システムにおいて大気圧未満の圧力を生成する必要がある。
【０００７】
【発明の概要】
発明のある局面において、極低温液体熱交換器システムは、大気の常圧（「大気圧」と記す）以下の貯留部と、チューブと、イニシャル流体エジェクタとを含む。大気圧以下の貯留部は真空排気部を有する。チューブは貯留部を通って延びる。イニシャル流体エジェクタは吸引チャンバ入口を有し、これは貯留部の真空排気部に機能的に接続される。
【０００８】
発明のさらなる局面において、複数の流体エジェクタの吸引チャンバ入口は、貯留部の真空排気部または貯留部の複数の排気部に機能的に接続される。複数の流体エジェクタは直列または並列に排気部に機能的に接続され得る。イニシャル流体エジェクタは１つまたは２つ以上の流体流れ入口ノズルを有してもよい。イニシャル流体エジェクタはスチームエジェクタであってもよい。
【０００９】
発明のある局面において、極低温流体熱交換器貯留部に大気圧以下の圧力を生成するためのプロセスは、導入部の流体流れを、貯留部の排気部に機能的に接続された吸引チャンバを有するイニシャル流体エジェクタの中に放出するステップを含む。発明のさらなる局面では、イニシャル流体エジェクタの中に複数のイニシャル流体流れが放出されてもよい。発明の別の局面では、吸引チャンバを有する複数のイニシャル流体エジェクタに導入部の複数の流体流れが放出されてもよく、吸引チャンバは貯留部の複数の排気部に機能的に接続される。発明の別の局面において、複数の流体流れは１つまたは２つ以上の直列接続された流体エジェクタに放出され、直列接続された流体エジェクタのうち第１の流体エジェクタは、イニシャル流体エジェクタの出口に機能的に接続された吸引チャンバを有する。流体流れはスチームであってもよい。
【００１０】
発明のさらなる局面において、冷却用の極低温流体は貯留部を通して方向付けられる。発明の別の局面において、冷却用の極低温流体は液体窒素、液体水素または適切な特性を有する他の極低温液体を含む。
【００１１】
発明の別の局面において、入来する極低温流体流れは貯留部の中に延びるチューブによって方向付けられる。発明の別の局面において、入来する極低温流体は液体酸素または液体水素を含む。
【００１２】
発明のある局面において、極低温流体熱交換器貯留部に大気圧以下の圧力を生成するためのプロセスは、貯留部の圧力を下げるために流体エジェクタを使用するステップを含む。発明のこの局面のさらなる局面は、極低温流体熱交換器貯留部に大気圧未満の圧力を生成するためのプロセスに関連して既に述べた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
さて、類似した要素には類似した参照番号を付した図１を参照して、極低温液体熱交換器システム１０は、システムの貯留部タンク１４に大気圧以下の圧力を生成するために流体エジェクタ１２を使用する。流体エジェクタ１２には可動部分がないため、システム１０は、大気圧以下の圧力を生成するために専用の機械システムを使用する先行技術の極低温液体熱交換器よりも単純なものとなっている。流体エジェクタ１２は加圧された流体流れ３６を使用し、これはコンプレッサ、ポンプまたはボイラーなどの可動部分を備えた機械システムによって生成され得る。
【００１４】
貯留部１４は冷却用極低温流体１６を貯留するタンクである。図中右側に、貯留部入口流１８として、貯留部１４に入る極低温流体１６が示される。貯留部の出口流２０として、底部から貯留部１４を出る極低温流体１６が示される。
【００１５】
極低温液体熱交換器システム１０は極低温流体流れ２２を冷却する。流れ２２は貯留部１４を通って延びるチューブ２４の中を流れる。チューブ２４は貯留部１４の冷却用極低温流体１６に浸漬される。冷却用極低温流体１６の温度は流れ２２の温度よりも低い。流れ２２はさらに低温の極低温液体流２６としてチューブ２４および貯留部１４から出る。発明の実施例では、技術分野における当業者によっては公知であるように、貯留部１４およびチューブ２４が多数配置されてもよい。
【００１６】
貯留部１４は流体エジェクタ１２を使用することにより大気圧以下の圧力に維持される。流体エジェクタ１２は貯留部の真空通気口３２に機能的に接続された吸引チャンバ３０を含む。通気口３２は貯留部のアレッジ３４へのアクセスが可能であるように貯留部１４の頂部に置かれる。
【００１７】
大気圧以下の圧力を生成するために流体エジェクタ１２を使用するために、加圧された流体流れ３６がエジェクタ１２の流体流れ入口ノズル３８に方向付けられる。流れ３６が流体エジェクタ１２に流れると、真空通気口３２を通してアレッジ３４からエジェクタ吸引チャンバ３０の中に蒸気４０が引出され、結果として貯留部１４に大気圧以下の圧力が生成される。蒸気４０は高圧の流体流れ３６と混合され、流体エジェクタ１２の放出端部４４からエジェクタを出るエジェクタ放出流４２を形成する。放出端部４４は流体流れ入口ノズル３８に対する末端部に配置される。
【００１８】
発明の実施例では、流体エジェクタの使用がさまざまな態様で変形されてもよい。流体エジェクタは作動するために適切である限りいかなる加圧流体流れを使用してもよく、流体は気体または液体である。流体エジェクタ１２および加圧流体流れ３６はエジェクタ内で局所的な凍結を防止するべく設計される。発明のある実施例では、スチームの流れは加圧流体流れである。発明のある実施例では、流体エジェクタは多数の入口ノズルを有してもよい。発明のある実施例では、多数の流体エジェクタの吸引チャンバは１つまたは２つ以上の貯留部通気口に機能的に接続されてもよい。発明のある実施例では、複数の流体エジェクタが直列にまたは並列に機能的に接続されてもよい。発明の他の実施例では、他の流体エジェクタの構成が設けられてもよく、たとえば貯留部１４に所望の、かつ予め定められた大気圧未満の圧力をもたらすように技術分野における当業者が設計できるものが設けられてもよい。
【００１９】
発明の好ましい実施例において、貯留部の大気圧以下の圧力は１．５ｐｓｉａ未満である。発明の実施例では、冷却用極低温流体１６および極低温流体流れ２２としての極低温流体のいかなる組合せを使用してもよい。冷却用極低温流体の例としては液体窒素または液体水素が挙げられる。極低温流体流れの例としては液体酸素および液体水素が挙げられる。発明のさらなる実施例において、極低温液体熱交換器システム１０は入来する極低温流体流れ２２の液体酸素または液体水素を、それぞれ１２０°Ｒおよび２６°Ｒ未満まで冷却する。
【００２０】
以上に本発明の現在の好ましい実施例を詳細に説明したが、関連する技術分野における当業者に認識できるであろう、ここに教示した発明の基礎的な概念の多くの変形および／または修正が、前掲のクレームに規定される本発明の精神および範囲内に入ることが明らかに理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明の実施例に従う極低温液体の熱交換器システムを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０  極低温液体の熱交換器システム、１２  流体エジェクタ、１４  貯留部。
【図１】
0004562846.tif 000002