(57)【要約】  水素を燃料とする航空機用の水素保存タンク。タンクは、堅いシェル層の周りにアエロゲルセクションの層からなる壁であって、柔軟な外側層内にシールされ、真空を作るために空気が除去される壁を持つ。各層セクションの周辺は、その層の他のセクションに突き合わさり、個別ポイントで他の層のセクションの周辺にあるだけである。壁は、その重力の底のものより重力のトップのものの方が熱伝導鵜率は低いということによって特徴づけられる。タンクは、２つの出口通路を持ち一方は直接で、他方は、２つの層のエアロゲルの間にある壁を通る蒸気シールドを通過する。制御システムは、タンクの蒸発率を調整し、２つの通路を通る相対的な流れを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温の液体を保存するように構成される保存タンクであって、該保存タンクは、重力の底及び重力のトップによって特徴付けられ、
流体保存空間を実質的に囲い及び規定する壁を備え、この壁が、重力の底に近いところと、重力のトップ近くとでは、異なる熱伝導率によって特徴付けられることを特徴とする保存タンク。
【請求項２】
前記壁は、重力の底近くよりも、重力のトップ近くの方が熱伝導率が低いことにより特徴付けられる請求項１に記載の保存タンク。
【請求項３】
前記壁は、重力の底を含む底部分と、重力のトップを含むトップ部分を備え、
前記複数の部分の各部分を通して、前記壁は、一定の熱伝導率によって特徴付けられ、
前記トップ部分の熱伝導率は前記底部分の熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の保存タンク。
【請求項４】
前記複数の部分が２つの部分のみからなることを特徴とする請求項３の保存タンク。
【請求項５】
前記壁の実質的に全てにおいて、熱伝導率が重力のトップから重力の底までで連続的に変化することを特徴とする請求項２に記載の保存タンク。
【請求項６】
前記壁は、前記重力のトップ近くで、前記重力の底近くのものよりも、より厚いことを特徴とする請求項２に記載の保存タンク。
【請求項７】
壁は、アエロゲルからなり、重力のトップ近くのアエロゲルの密度は、重力の底近くのアエロゲルの密度と異なることを特徴とする請求項１に記載の保存タンク。
【請求項８】
極低温の液体を保存するためのタンクを形成する方法であって、該タンクは、重力の底及び重力のトップにより特徴付けられており、
流体保存空間を実質的に囲い規定するタンクの壁を形成するステップを含み、ここで、前記壁は、重力の底の近くでのものと、重力のトップの近くのものとでは異なる熱伝導率によって特徴付けられる、当該タンクを形成する方法。
【請求項９】
流体保存空間を規定しかつ実質的に囲う壁を備える液体保存タンクであって、
堅い外側層と、
柔軟な外側層と、そして、
堅い外側層及び柔軟な外側層の間に１以上の中間層を備え、前記１以上の中間層の各々は、複数のセクションからなり、これらのセクションの各々は、横方向の周辺を備え、前記壁じゅうにおいて横方向に延びる他のセクションの１以上の横方向の周辺と前記周辺とが突き合い、
横方向に延びる断熱ギャップ形成する延びる周辺を全ての中間層が持つところ、前記壁は、横方向に延びる部分を完全に持たないことにより特徴付けられる液体保存タンク。
【請求項１０】
堅い及び柔軟な層が互いにシールされ、中間層を含む気密性のコンパートメントを形成し、該気密性のコンパートメントが真空下にあることを特徴する請求項９に記載の液体保存タンク。
【請求項１１】
前記柔軟な外側層が前記壁の外側にあり、堅い外側層が流体保存空間と隣接する壁の内側にあることを特徴とする請求項９に記載の液体保存タンク。
【請求項１２】
１以上の中間層が、
堅い外側層及び柔軟な外側層の間に第１の中間層を備え、該第１の中間層は、複数の第１の層セクションからなり、各第１の層セクションは横方向の周辺を持ち、壁じゅうにおいて横方向に延びる第１の層セクションの他の複数のセクションの１以上の横方向の周辺と突き合わさり、
第１の中間層及び柔軟な外側層の間に第２の中間層を備え、該第２の中間層は横方向の周辺を持ち、壁じゅうにおいて横方向に延びる第２の層セクションの他の複数のセクションの１以上の横方向の周辺と突き合わさることを特徴とする請求項９に記載の液体保存タンク。
【請求項１３】
全ての第１の層セクションに対して、第１の層セクションの周辺の如何なる部分も第２の層セクションの周囲の部分に対して平行に延びず、また、半径方向にオーバーラップしないことを特徴とする請求項１２に記載の液体保存タンク。
【請求項１４】
第１の層セクションの周辺及び第２の層セクションの周辺が複数の半径方向のオーバーラップポイントを形成し、更に、個々のセクションの複数を含み、ここで各個々のセクションは１以上のオーバーラップポイントをカバーすることを特徴とする請求項１２に記載の液体保存タンク。
【請求項１５】
各個々のセクションは、第１の中間層及び第２の中間層の間に位置することを特徴とする請求項１４に記載の液体保存タンク。
【請求項１６】
各個々のセクション１つのオーバーラップポイントをカバーし、各個々のセクションが第１の中間層及び柔軟な外側層の間に位置することを特徴とする請求項１４に記載の液体保存タンク。
【請求項１７】
各個々のセクションは、他の如何なる個々のセクションの横方向の周辺と横方向に突き合わされない横方向の周辺を持つことを特徴とする請求項１４に記載の液体保存タンク。
【請求項１８】
蒸気シールドとして使用されるように構成される１以上のチューブを更に含み、該１以上のチューブは第１の中間層及び第２の中間層の間に延びることを特徴とする請求項１２に記載の液体保存タンク。
【請求項１９】
第１の中間層及び第２の中間層の間に第３の中間層を更に含み、該第３の中間層は、複数の第３の層のセクション及び蒸気シールドとして構成される１以上のチューブからなり、壁じゅうに横方向に延びる１以上のチューブの１つのサイド又は第３の層セクションの他の複数の１以上の横方向の周囲の何れかに横方向に突き合わさる横方向の周囲を各第３の層セクションは持つことを特徴とする請求項１２に記載の液体保存タンク。
【請求項２０】
流体保存空間を定義し実質的に囲う壁を含む液体保存タンクを形成する方法であって、
堅い外側層を提供するステップと、
柔軟な外側層を提供するステップと、
堅い外側層及び柔軟な外側層の間にある１以上の中間層を含む壁を組み立てるステップとであって、１以上の中間層の各々は複数のセクションからなり、壁じゅうを横方向に延びる１以上の他のセクションの横方向の周囲に横方向に突き合わされる横方向の周囲をこれらのセクションの各々は持ち、
組み立てのステップにおいて、横方向に延びる断熱ギャップを生成するように延びる周囲を各中間層が持つ範囲において全く横方向に延びる部分を持たないことによって壁が特徴づけられることを特徴とする方法。
【請求項２１】
流体保存空間を規定し実質的に囲う最も内側にある層と、
前記最も内側の層の少なくとも一部の周りに蒸気シールドとして使用されるように構成される１以上のチューブからなる第１のセットとであって、該第１のセットの１以上のチューブは、前記流体保存空間の中から前記流体保存空間の外側へと第１の通路として適合され、
前記流体保存空間の中から前記流体保存空間の外側へと第２の通路として適合される１以上のチューブの第２のセットと、そして、
第１及び第２の通路からの相対的な流れ速度を制御するように構成されるスイッチ装置と、を含む保存タンク。
【請求項２２】
前記スイッチ装置は、流体保存空間の外側に位置することを特徴とする請求項２１に記載の保存タンク。
【請求項２３】
前記第２の通路は、蒸気シールドとして機能するように適合されないもので、直接出口に行くことを特徴とする請求項２１に記載の保存タンク。
【請求項２４】
更に、保存タンクの圧力要件に基づいて相対的な流れ速度を変更するように構成されたコントローラを含むことを特徴とする請求項２１に記載の保存タンク。
【請求項２５】
前記タンクは、極低温液体としての流体を保存するように構成され、更に、流体蒸気の所望の流れ速度に基づいて相対的な流れ速度を変更するように構成されるコントローラを含むことを特徴とする請求項２１に記載の保存タンク。
【請求項２６】
タンクから液体の形態で極低温流体の蒸発速度を調整する方法であって、
流体保存空間を規定しかつ実質的に囲う最も内側の層を備えるタンクを提供するステップと、
前記最も内側の層の少なくとも一部の周りに蒸気シールドとして使用されるように構成された１以上のチューブの第１のセットを提供するステップとであり、ここで、１以上のチューブの第１のセットは、流体保存空間の中から流体保存空間の外へと延びる第１の通路として適合されるが、
流体保存空間の中から流体保存空間の外へと延びる第２の通路として適合される１以上のチューブの第２のセットを提供するステップと、
極低温流体の蒸発速度が所望のレベルに調整されるように第１の通路及び第２の通路からの相対的な流れ速度を制御するように構成されるスイッチ装置を使用して、第１の通路及び第２の通路からの流体蒸気の相対的な流れを制御するステップを含む方法。
【請求項２７】
極低温タンクを建設する方法であって、
堅いシェルの上に層を形成するようにしてタイル形状のパターンを特定するステップと、
予め圧縮された不透明となったアエロゲル粉末からなるシートから、特定するステップにおいて特定された形状に切り出し、多孔性のバッグに詰められるアエロゲルタイルを提供するステップと、ここで、各タイルのサイズは曲げられて球に緩く接触するように設定されるが、
堅いシェル及びフィルムバッグの間のアエロゲルタイルをシールされたコンパートメント内に含むように形成するようタイルが貼られるシェルの周辺に密接するフィルムバッグをシールして構成するステップと、
真空がタイルを引っ張りタンクと他のタイルと強く接触させるようにシールされたコンパートメントから空気を排出するステップと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００８年９月２３日に出願した米国特許仮出願番号第６１／１９４，０５４号の利益を主張し、その仮出願は、すべての目的のために、参照され、ここにおいて組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に極低温流体タンクに関し、より詳細には、液体水素の軽量格納を提供し、及び、長期間航続の飛行機にふさわしい、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
［発明の背景］
水素は、高高度の長期間の航続飛行機のための魅力的な燃料であるが、それは、伝統的な炭化水素燃料と比較して、ポンドあたりのエネルギーがおよそ２．８倍であるからである。非常に長距離の又は長航続時間を必要とする航空機への適用において、水素の高い比エネルギーは、キーとなる実現可能要因であるかもしれない。しかしながら、実務的な留意事項が、その使用を大いに妨げてきた。水素の比エネルギーは非常に高いが、単位体積あたりのエネルギーは比較的低い。
【０００４】
水素の高い比エネルギーをうまく利用するために、関連するタンクは、好ましくは軽量であり、―理想的には保存された水素の重量のわずかな部分だけである（及び、好ましくは１０％〜２５％のオーダーである）。圧縮されたガス状の水素を保存するための典型的タンクは、保存される水素のそれのおよそ１０〜２０倍の重さを持っており、高高度の、長期間の航続の航空機のためには、実用的ではなさそうである。大きなロケットブースター用の液体水素タンクは、運ばれる水素の１０％の範囲内に、重量がある。しかしながら、これらのタンクは、（１〜２週間のような）長期の期間の保存を目的としない。それらはまた、タンクの大規模性から利益を得ており、このようなことは、高高度の、長期間の航続の航空機の典型的な実施例には実用的ではない。
【０００５】
液体水素を燃料とする高高度の、長期間の航続の航空機は、１〜２週間の間に完全な蒸発損失を防ぐような十分な断熱性を備えるタンクを典型的に必要とするであろう。個々のタンクの予期される容量は、飛行機の構成とサイズにより、１００〜２０００ポンドの液体水素である。
【０００６】
より小さな液体水素タンクは、自動車への適用について実証されてきた。非常に低い熱の漏れ速度が、自動車の使用において要求され、燃料が全く使用されない状態で車両はしばしば動かないので、休止状態で数日にわたって車両のタンクから水素が逃げないように望まれる。これらのタンクは、典型的に非常に重い（例えば、１０ポンドの液体水素を保存する１つのシステムは、２００ポンドの重さかもしれない）。自動車の安全基準もまた、有人又は無人の航空機のために一般的に必要とされないであろう構造的な衝突価値のレベルを要求する。
【０００７】
タンクを断熱化する方法は、固体を通る熱伝導、気体を通る熱伝導及び対流、そして、放射という、種々の熱の伝達を対処しなければならない。高機能の断熱をもたらす大抵の方法は、熱伝導及び対流のガスの熱の移転をほとんどなくすような真空に依存する。固体の熱伝導は、伝導比に対しての高い強度（例えば、ステンレス鋼、ガラスファイバー、又はＤａｃｒｏｎファイバー）の構造上の支持による真空において支持される断熱タンクを有することにより減少する。放射による伝熱は、（例えば、多層断熱又は不透明化された粉末のような）放射線遮蔽によって、及び／又は、米国特許番号６，３４７，７１９において記述されるような真空チャンバーの内側及び外側の壁の表面に磨かれた高い反射性の表面によって、最小化される。
【０００８】
したがって、低重量により特徴付けられ、長い期間の保存を提供できる航空機極低温保存タンクに対する必要性が存在していた。更に、このタンクは、燃料の要件を満たす速度で、極低温の燃料を供給するような他の航空機システムと共に作動する必要があり、総合的な航空機の効率を最大化するシステムを使用する。本発明の好ましい実施例は、これら及び他のニーズを満たし、さらに関連した利点を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
［発明の要約］
種々の実施例において、本発明は、上述するニーズの一部又は全部を解決し、単位体積当たりのエネルギー貯蔵の高いレベルを提供し、長期間の間に流体を収容する能力を有し、その使用において柔軟であり、そして、収容されてより液体の重要に関して極端に軽量である極低温保存タンクを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、流体保存空間以内に液体の形態での極低温流体を保存するように構成されるタンク壁により特徴付けられる。第１の面において、タンクは、重力の底及び重力のトップによって特徴付けられ、流体保存空間を実質的に囲み規定する壁は重力の底近くのものから重力のトップ近くものとは異なる熱伝導度によって特徴付けられる。
【００１１】
有利なことに、この特徴は、種々のレベルの内容量において、タンク設計者が、タンクのバーンオフ速度間の違いを変更する（例えば、減少させる）ことを許す。この特徴は、バーンオフ速度が、（蒸気の形態で流体に接触する表面の面積に対して）極低温液体に実際に接触しているタンクの表面の面積に主に関連するという事実を考慮する。
【００１２】
第２の面において、タンクは、硬い外側層を、柔軟な外側層を、そして、複数の部分からなる１以上の中間層を形成する壁を含むが、これらの複数の部分の各々は、壁じゅうに横方向に延びる１以上の他の部分の側面縁を持っている。それらの部分は、各中間層が横方向に延びる断熱ギャップを形成する延びる周辺を持つように横方向に延びる部分を持たないことによって特徴づけられるといように構成される。
【００１３】
この構成の長所は、大きく典型的に曲がっている構造の壁のエアロゲル断熱部分が、管理できる部分において構成されており、その後、それらを組み立てることができることである。更に、与えられたタンク設計に対して、壁の如何なる部分の熱伝導率も、その壁部分を覆うそれらの小片部分だけを変更することによって変えることができる。このように、各製造されたタンクは、基本設計から異なるタンクの断熱の部分を取り替えることだけによって、タンクの想定される使用に基づき、熱伝導率における特定のバリエーションにカスタマイズすることができる。
【００１４】
第３の面において、流体の保存空間の外側へと、流体の保存空間以内から延びる１以上のチューブからなる第１のセットは、流体保存空間を実質的に囲って規定する最内側の層の周りにあり、そして、蒸気シールドを創成する通路を形成する。１以上のチューブからなる第２のセットは、蒸気シールドとして機能するように構成されることなく、流体保存空間の内側から流体保存空間の外側へと延びる通路として適合される。スイッチ装置は、蒸気シールドの活動レベルを制御するように、第１及び第２のセットのチューブからの相対的な流れ速度を制御するように構成される。本発明のこの面を使用することは、タンク内におけるヒーターを働かせるパワーを一般に犠牲にせざるを得ないとすることなく、タンクのバーンオフ速度の動的な調整を提供し、タンクが、動的に制御した蒸気シールドでのある熱的な絶縁を取り替えることにより構造的により薄くかたより軽くなることを許す。
【００１５】
本発明の他の特徴及び長所は、例として本発明の原理を説明する、以下の好ましい実施例の詳細な説明及び添付の図面によって、明らかになるであろう。以下に記載した、本発明の実施例の構築及び使用を可能にする、特に好ましい実施例の詳細な説明は、列挙されたクレームを限定するものではく、クレームされる発明の特定の例として挙げたものである。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明を具現化するタンクを含む航空機の正面図である。
【００１７】
【図２】図２は、図１に描かれたタンクの壁の部分の断面図である。
【００１８】
【図３】図３は、図１に描かれるタンクに組み込まれるように、硬いシェル及びネックを囲う第１のエアロゲル層の斜視図である。
【００１９】
【図４】図４は、図３に描かれたエアロゲル層を形成する際に使用される５つの個々のセクション（区分）の図である。
【００２０】
【図５】図５は、図３に描かれた第１のエアロゲル層の斜視図の一部であり、個々のセクションの更なる描写を伴う。
【００２１】
【図６】図６は、図１に描かれたタンクの断面図であり、タンクの壁の厚みを示している。
【００２２】
【図７】図７は、図１に描かれたタンクに組み込まれた蒸気シールドの描写である。
【００２３】
【図８】図８は、図７において描かれたタンクの壁及び蒸気シールドの断面の部分図である。
【００２４】
【図９】図９は、種々の接続を共にする、図１に描かれたタンクの基本的な構造のレイアウトの断面図である。
【００２５】
【図１０】図１０は、図４において描かれたエアロゲル層のうちの１つの個別のセクションの断面図である。
【００２６】
【図１１】図１１は、本発明下で、タンクを作るための代替的な実施例の建造固定部材である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［好ましい実施例の詳細な記述］
上記において要約された、そして、列挙されるクレームによって規定された本発明は、添付される図面とともに読まれるべき、以下の詳細な説明に言及することによってよりよく理解されかもしれない。この本発明の特定の実施の構築及び使用を可能にする、本発明の特定の好ましい実施例の詳細な説明は、列挙された請求項を限定するものでなく、それらの特定の例示として挙げたものである。
【００２８】
図１を参照すると、本発明の典型的実施例は、高高度の長期間航続の航空機のための液体水素タンクに存在する。この実施例は、成層圏を飛ぶように構成される無人の長期間航続の航空機１０１による使用によく適している。この航空機は、水素燃料を運ぶために、１つ以上のタンク１０３を含む。タンクから沸騰して気化する水素ガスは、パワー・コンバーター１０５（一般的には、燃料電池又は内燃エンジンであるが）にパイプで送られる。パワー・コンバーターは、エンジンにおいて１以上のプロペラ１０７を回すために、及び／又は、ペイロード１０９に動力を与えるように電気を作るために軸パワーを生成するように水素を燃やす、又は、電気を生成するように燃料電池において空気からの酸素と水素を反応させる。この電気が、次に、推進モータ及びペイロードにパワーを与えるように使われる。
【００２９】
たんくは、いくつかのユニークな面により特徴付けられるが、その各々は、個別に、又は、１以上の他の面と組み合わせて用いられることができる。それは、流体保存空間を実質的に囲む壁として構成され、流体保存空間を形成する内側の硬いシェル、及び外側の断熱材（アウター・インシュレータ）を有している。外側の断熱材（アウター・インシュレータ）は、気密な柔軟なカバー及び堅いシェルの間に包み込まれるエアロゲルのいくつかの層から形成される。空気は、堅いシェル及び柔軟な気密なカバーの間に真空を形成するように引き出される。
【００３０】
各層は、層が壁じゅうに横方向に延びるように、流体の保存空間及び堅いシェルを実質的に囲うように、ジグソー・パズルと同様に、整合（フィット）する複数の区分（セクション）からなる。区分（セクション）は、辺を規定する横側の周辺を持ち、各層の辺は、タンクの壁の周りのシングル・ポイントで他の層の辺に重なり合うだけである。この適用に対して、横という用語は、考慮される円周位置における堅いシェルの局所表面に対して平行な方向を意味すると理解されるべきである。
【００３１】
航空機が水素燃料を使うので、タンクの液体レベルは減少し、そして、それによって堅いシェル及び液体水素の間の効果的な直接の熱移動面積を減じることになる。熱の通過の大部分がタンクの底により近く、そのようにして、変化する効果的な直接の熱の移動面積の効果を遅くするように断熱が個別に作られる（仕立てられる）。
【００３２】
断熱は、蒸気シールド、即ち、タンクの外側の外部供給ラインにタンクの内面を接続する、タンクを囲んでいる一連のチューブを更に含む。もう１つの一連のチューブは、蒸気シールドを形成することなく、タンクを外部供給ラインに接続する直接の出口である。タンクからの液体は、蒸発されタンクから引き出され、そして、外部の熱を吸収するように蒸気シールドラインを通して引き出される場合もあり、このようにして、タンクへとの熱の流れを減少させる。或いは、液体は、蒸気シールドの効果によりおこるタンクへの熱の流れにおける減少が引き起こされない直接の出口の通路である他の通路を通ってタンクから引き出される。バルブは、液体が流れる通路を制御するのに用いられる。蒸気シールド及び直接の出口通路を通る相対的な流れ速度を管理することによって、タンクへの熱の流れは、動的に調整されることができ、そして、それによってタンクへの熱を導入するために電気電流又は他の手段を使用することを減らし、更に、それにより、液体のガス化を調整する。
【００３３】
［層が重なったエアロゲル］
【００３４】
より詳しくは、図２を参照すると、本発明の最初の実施例の下、液体保存タンクは、流体保存空間、即ち、内部タンク１１０を実質的に囲い規定する壁１０９を形成する。壁の構造部分は、堅いシェル１１１と、真空バリア膜１１７と、堅いシェル及び真空バリア膜の間の１以上の中間断熱層を含む。断熱層は、真空状態にあり、断熱を提供し、真空のための外側からの圧力負荷を支える。より詳しくは、第１の、中間のエアロゲル断熱層１１３と、第２の中間のエアロゲル断熱層１１５がある。この具体例では、堅いシェルは、直接的に流体保存空間を区切るが、透過に対して液体水素を含むためにふさわしい材料及び構造である。その負荷担持能力は、内部の設計圧力（一般的に２０〜８０ｐｓｉの範囲にあるかもしれない）を担持するように設計されている。
【００３５】
この実施例を議論する文脈において、堅いシェル１１１及び真空バリア膜１１７の両方は、タンクの全構造について、壁の内側面をシェルが形成するとしても、壁の構造に関して外側の層として考えられるかもしれない。このように、壁に関して、断熱層は内側層であるが、堅いシェルは堅い外側層であり、そして、真空バリア膜は柔軟な外側層である。
【００３６】
図２−４を参照すると、堅いシェル１１１及び真空バリア膜１１７の間の各中間のエアロゲル断熱層１１３及び１１５は、複数の区分（セクション）１２１からなり、例えば、第１の層１１３は、第１の層区分（セクション）からなり、第２の層１１５は第２の層区分（セクション）からなる。各層のために、各区分（セクション）が、その層の他のセクションの１以上の横方向の周辺に横方向に突き合わされる横方向の周辺１２３によって特徴づけられ、セクションは、全体の堅いシェル１１１を実質的に覆い囲む壁を通すようにジグソー・パズルのようなやり方で整合する。
【００３７】
第１及び第２の層のセクションは、第１の層の各セクションに対して、第１の層の周辺の如何なる部分も平行に延びることなく、第２の層のセクションの周辺の部分に重なり合うこともないように、異なる構成を有する。このように、２つの層は、エアロゲルがないような範囲に多くともシングル・ポイントの位置（横向きに延びるラインよりも）を持つ断熱層を形成し、壁は、各中間層が、横向きに延びる断熱ギャップを作り出すような距離にわたって延びる壁断熱における半径方向のギャップが存在するように延びる周辺を持つ全延長部分を持たないことによって特徴付けられる。
【００３８】
３枚以上の完全な中間のエアロゲル層（即ち、実質的に堅いシェルを囲んでいる断熱層）を持つ代替の実施例において、エアロゲルがないようなシングル・ポイント位置だけが多くともあるように、横方向に延びる部分に追加の１以上の層が覆う限りは、２以上の層は、それらの両者が延びる周辺を持つようにその上にわたるが、横方向に延びる部分を持つことができるであろう。もう一つの代替の実施例において、より複雑エアロゲル形状は、記述された実施例からの取り付けられた若しくは統合された第１及び第２の層の小片の組合せとして形成され得る。先に記述された代替実施例に関するように、この実施例の壁は、ある距離をわたって延びる壁の断熱における半径方向のギャップがあるような延びる周辺を持つ各中間層に完全にわたって横方向に延びる部分がないことにおいて特徴付けられている。
【００３９】
柔軟な真空バリア膜層は、断熱の中間層を囲むバッグの形態にある。堅くて柔軟なタンク層は、断熱層を含んでいる気密室（コンパートメント）を作るためにお互いにシール（密封）され、そして、空気は実質的に真空を作るために気密コンパートメントから引き出される。本技術分野において知られているように、真空は、極低温液体のための良い断熱材として機能し、完全な真空に十分に近い。
【００４０】
この実施例では、柔軟な層は壁の外側の上にある外側層であり、そして、堅いシェルは比較的剛性のある（即ち、荷重を支える）層であり、壁の内側の上にある。他の構成であっても、本発明の範囲内である。
【００４１】
図５を参照すると、第１の中間層エアロゲル断熱セクション１２１に加えて、層の部分ではない、そして、層セクションよりも薄いかもしれない、個別のセクション１３１は、壁断熱における直線状の放射状のギャップがあるように延びる周辺を持つ各中間層の如何なるシングル・ポイント位置を通しての熱の漏れを防ぐように使われる。この図には示されないが、第２の中間層は、個々のセクションのポイントで第１の中間層の周辺の上に横たわる周辺を持つ。
【００４２】
この実施例において、個々のセクション１３１は、シングル・ポイント位置の上に小さなパッチを形成し、そして、他の如何なる個々のセクションの横方向の周辺にも横方向に突き合わせない横方向の周辺を持つ。それらは、第１及び第２の層１１３及び１１５の間に位置するが、しかし、他の実施例において、それらは第１の層及び堅いシェル１１１の間に、又は、第２の層及び真空バリア膜１１７の間にあるかもしれない。
【００４３】
［変化する断熱効果］
【００４４】
タンクが使用中であるとき、流体を蒸気として含むタンクの部分を通してというよりはむしろ、極低温流体と直接接触するタンクの壁の一部を通してタンクのへと熱が主に伝わるであろう。その結果、すべての周囲要因を一定の状態に保ったとすれば、タンクの中の存在する流体のレベルに関連する表面積が小さくなるので、蒸発速度は減少する。成層圏を飛行する航空機にとって、タンク及びそのため航空機が軽くなるので、航空機は一般に飛んでいる状態を維持するためにはより少ない燃料しか必要としなくなるので、このことは必ずしも逆効果というわけではない。それにもかかわらず、与えられる如何なる飛行機にとっても、予想される平均飛行シナリオは、上述するように、燃料レベルの表面の面積によってのみ蒸発速度が変化するときは、終わり近くで少なすぎる又は多すぎる蒸発速度によって特徴づけられるかもしれない。
【００４５】
タンクの中で、あまりに小さい蒸発（ボイル・オフ）であるとき、電気ヒーターのようなある種のヒーターが蒸発速度（ボイル・オフ・レイト）を上昇させるのに用いられるかもしれない。これは十分な燃料の流量を提供するが、そうしなければ航空機の飛行時間を延長するのに用いることができたエネルギーを費やすことになる。あまりにたくさんの蒸発（ボイル・オフ）があるとき、過剰な燃料を廃棄するか、或いは、更なる冷却機構が蒸発速度（ボイル・オフ・レイト）を低減すために用いられなければならない。どちらの場合であっても、飛行期間を制限する非効率性を引き起こす。平均的な予想される飛行のための周囲条件について起こっている自然に生じる蒸発速度（ボイル・オフ・レイト）に個別に対応することにより、本発明はこれらの非効率性を制限する。蒸発速度（ボイル・オフ・レイト）のより大きな受動制御が、タンクの液体レベルの表面の面積に基づいて、達成されるように、タンクの壁の上で熱伝導率を個別対応する（仕立てる）ことによって、蒸発速度（ボイル・オフ・レイト）が個別対応される（仕立てられる）。
【００４６】
図１、２、及び６を参照すると、航空機１０１内で、重力の底２０１及び重力のトップ２０３によって特徴付けられるように、タンク１０３が正しい位置に置かれる。流体保存空間、即ち、内部タンク１１０を実質的に囲んで規定する壁は、重力の底で及びその近くでよりも、重力のトップで及びその近くでの方がより小さい熱伝導率によって特徴付けられる。この説明は壁自体の伝導性に明示的に言及していることを理解されるべきであり、そして、重力のトップ及び／又は底に存在するかもしれない如何なる結合するハードウェア（例えば、ネック）の熱伝導率からも区別される。
【００４７】
この実施例では、壁は、重力の底２０１を含有し含む底部分２０５、及び、重力のトップ２０３を含有し含むトップ部分２０７を含む複数の部分から成る。複数の部分の各部分を通して、壁は一定の熱伝導率によって特徴付けられる。底の部分の熱伝導率よりも、トップの部分の熱伝導率が低く、即ち、トップ部分が底部分よりもより良い断熱材である。描かれた実施例において、壁には２つの部分があり、トップ壁部分は、底壁部分のエアロゲル層よりも厚いエアロゲル層で構成されている。
【００４８】
その結果、トップの近くのより大きな断熱性のため、熱フラックスの主要部が底を通して起こり、蒸発速度は、タンクのトップ部分から液体レベルが下りてくると、そうでない場合に比べて変化が少なくなる。
【００４９】
代替の実施例においては、熱伝導率は、重力のトップから重力の底の間を連続的に変化する、又は、液体が通る各々の液体レベルに対して所望の熱フラックスを個別に設定されたように変化する。この個別仕様は、１種以上の又は密度の断熱材を用いることにより、熱伝導率における変化、又は、断熱材の厚みにおける変化によりすることができる。更なる個別仕様は、流体レベルによる伝導率を変えることによるのと同様に、所与の流体レベルでのタンクの緯度方向の周囲の周りにおいて伝導率を変化させることによりできるであろう。これは、タンクの赤道（これは、重力の上半分を重力の下半分と分ける）周りの緯度細帯の表面の面積が、タンクにおいてより低い緯度で又はより高い緯度で同じ幅の緯度細帯の表面の面積に比べると、大きくなるという事実に対して補償することを補助し得る。
【００５０】
タンク（例えば、トップ）の１つの緯度の端で他より熱伝導率が低い断熱構造を用いることにより、この面の熱伝導率の変動が、達成され得る。例えば、上記の実施例において、セクションの周辺１２３において、シングル・ポイント・オーバーラップをカバーするエアロゲルの個々のセクション１３１は、タンクにおける個々のセクションの高さ（即ち、重力のトップへの近さ）にわたって変化させ得る。例えば、個々のセクションが底近くのそれらよりもタンクのトップ近くでより厚くあり得、又は、それらは、タンクのトップ近くで横方向により大きくあり得、又は、それらは底近くでの位置でタンクから除外され得る。真空バリア膜１１７が種々のエアロゲル・セクションによって真空に対して支持されており、そして、個々のセクション１３１だけが、異なるレベルのシングル・ポイントのオーバーラップするセクションの周囲で支持を提供するので、最後のオプションはいくらかの構造上のリスクを提供するかもしれないことは留意すべきである。
【００５１】
［蒸気シールド］
【００５２】
図２及び図７を参照すると、タンクが存在する周囲条件から極低温液体を含むための流体保存空間をよりよく断熱するために、タンク１０３は蒸気シールドでさらに構成される。流体保存空間は、内部のタンク１１０と定義される。蒸気シールドは、堅いシェル１１１の少なくとも一部の周りに延び、流体保存空間を実質的に囲い規定するもっとも内側の層を形成する。
【００５３】
蒸気シールドは、最内層（例えば、堅いシェル１１１）の外側周りに延びるように構成された１以上のチューブ３０１の第１のセットを含み、最内層の少なくとも一部の周りの蒸気シールドとして使用される極低温蒸気（極低温液体から）のための取り囲む通路を形成するように適合される。この第１のセットのチューブは、流体保存空間の重力の上端３０５以内の入口から、チューブ部分３０３へ延びて周囲の通路を形成し、最終的には、流体保存空間の外側の出口３０７まで延びる。取り囲む通路を作るチューブ部分３０３は、好ましくは、軽量で、高い熱伝導率を備える。チューブ部分３０３のための適当な材料は、アルミニウムである。描かれた実施例において、２つの取り囲む通路は、１以上のチューブの第１のセットから形成される。２つの通路は、トップのマニホールド３０８で分岐し、底部のマニホールド３０９で再結合する。
【００５４】
１以上のチューブ３１１の第２のセットは、流体保存空間の重力の上端３０５以内の入口から、流体保存空間の外側の出口３１３まで延びるが、タンクのための蒸気シールドとして機能するように適合される取り囲む通路を形成する部分が内容に構成される。チューブの第１及び第２のセットの両方は、航空機による使用のために必要に応じてタンクから蒸発する液体（燃料）を十分に提供するように適合されている。オプションとして、チューブの第１及び第２のセットは、それらの入口からトップのマニホールド３０８へと単一であってもよい。
【００５５】
蒸気シールドは、第１及び第２の通路の出口３０７、３１３から相対的な流量を調整して制御するように構成されるスイッチ素子３２１を備えるように構成されるが、航空機が何れかの源から蒸気を制御可能に引っ張れるようにする。制御システム３２３は、蒸気シールドを使わずに、周囲条件において起こるであろう蒸発速度と、望ましい蒸発速度（即ち、反応物の望ましい流量）との差に基づいて、タンクの蒸発速度を制御するためにスイッチ素子を制御する。言い換えると、保存タンクの内容及び航空機の必要の熱的な要件に基づく２つの通路を通る相対的な流れ速度を変えるように構成される。スイッチ素子は、１）所望の蒸気シールドの稼働率で平均化するデューティサイクルを使用して、ｏｎ−ｏｎスタイルのスイッチ（又は、２つのｏｎ−ｏｆｆスタイルのスイッチ）としてのみ作動するかもしれず、２）両通路から部分的な流れを制御可能に供給するように構成されるかもしれず、そして、３）部分的な流れを制御可能に提供し、かつ、所望の蒸気シールドの稼働率で平均化するデューティサイクルを使用して、構成されるかもしれない。
【００５６】
作動において、蒸気シールドを通して流れる蒸発ガスでもって、タンクの熱の摂取率は、２２０Ｋの雰囲気温度を仮定して、そうでなければあったであろう量の６０％の見積もり位にまで減少する。その代わりにタンクの中へ漏れるであろう熱は、タンクの外側への配達の前に、蒸気シールドを通って流れるガスを加熱することに行く。タンク圧が一定の状態に保たれるならば、タンクの内側の対応する蒸発速度は同じ要因によって減少する。実際には、タンク圧はたぶん若干の範囲にわたって変化が許されるであろう、そして、蒸発ガスが蒸気シールドに通される相対的な時間の量が、タンク圧に関する遅い制御として使用される。
【００５７】
示されたように、スイッチ素子３２１は、流体保存空間の外側に配置され、そして、周囲条件において作動に備える。代替的な実施例において、スイッチ素子は、タンクの内にいることもできるであろう（例えば、通路の入口に）。これには、極低温を取り扱うことができるより耐久性のあるスイッチ素子を必要とするかもしれない。
【００５８】
蒸気シールド（１以上のチューブ３０１からなる第１のセット）の取り囲む通路を形成するチューブ部分３０３は、周囲の通路の間のエリアへの蒸気シールドの遮蔽効果を広げるように構成された、熱的に伝導性の熱スプレッダー３３１を備えて更に構成される。熱スプレッダーは熱的に伝導性の材料から成って、蒸気シールドを作っているチューブ部分３０３と同じ材料であってもよい。熱スプレッダーは、低い熱インピーダンスの結合を提供する手段により熱スプレッダーの中心に実質的に沿うラインに沿ってチューブ部分に付けられる。現実的な方法は、超音波溶接又は熱伝導性の低温接着剤である。
【００５９】
このように、沸騰して蒸発した水素は、任意に２本の経路のうち１本を経由することができる。それらは、（１）直接的にタンクから離れてそれが消費される位置へと、又は、（２）エアロゲル断熱の中に埋め込まれたかもしれない、蒸気シールドの一部としての１又はそれ以上のチューブを通してである。蒸気シールドを経由する水素蒸気は、結果として熱リークが少なくなり、それゆえに、蒸発速度が低くなる。様々なデューティーサイクルを持つガス経路の間の切替によって、タンクへの平均的熱リークは、連続的に変化し、補助的なヒーターの広範囲な使用や、燃料の漏らし、及び、関連するエネルギーの浪費なしに、航空機の変化する燃料消費要件にマッチするように蒸発速度を調整できる。
【００６０】
時には必要な水素の消費が高すぎると、最大の熱リーク（即ち、蒸気シールドを使用しない）のために弁を制御したとしても、タンクの中の圧力は下がるかもしれない。この場合、補足的な電気抵抗加熱ヒーター（図９を参照すると示され記述されている）は、望ましい圧力を維持するために、必要熱を加えることができる。他の時は、水素摂取速度が低すぎるならば、全ての蒸発ガスが蒸気シールドを通って行っても、タンクの中の圧力は上がるかもしれない。この場合、過剰な水素の蒸気は、排出されなければならない（そして、無駄になる）。しかしながら、特に、タンクの断熱の量が、意図する応用により正確に個別対応する（仕立てる）ことができるので、これらのケースは稀であると予期される。大抵の水素の蒸発速度が、蒸気シールドの使用を調整するために弁デューティーサイクルを制御することによって、調整できると期待できる。大抵のタンク及びアプリケーション対しては、弁−切替の期間が大きく、分で測定できると予想される。
【００６１】
蒸気シールドとして別々に機能でき、スイッチ３２１及び制御システム３２３で別々に制御可能である、１を超える数のチューブのセットを持つことは本発明の範囲内であるとされる。このように、１セットのチューブは、タンクの１つの部分を冷却するように構成されるかもしれず、そして、もう１セットのチューブは、タンクの第２の部分を冷却するように構成されるかもしれない。
【００６２】
［シナジー］
【００６３】
本発明の３つの面は、多数の相乗効果（シナジー）を持つ。例えば、第１の面の層をなし、区分された構造を使用することにより、専用設計の温度勾配を持つように造られる全てのタンクに備える（本発明の第２の面の下）。あらゆる層のあらゆるセクションは、例えば、２つの異なる厚み、又は、２つの異なるエアロゲル密度のような、１を超える数の熱的な構成で製造され得る。特定のタンクが製造されることになっているとき、タンク設計者は、飛行計画のコースにわたって、タンクにおいて平均的な予期される熱の必要条件をまずに確立し、そして、各々の異なる液体レベルで熱の必要条件を決定するために、これを予想された周囲条件と比較する。その情報を使って、断熱のレベルは、タンクの各区分の緯度に対して、決定され得、そして、各々の層のセクションの熱的な性質がそれに応じてセットされ得る。オプションとして、タンク設計者は、基本デザイン（ベースライン・デザイン）を提供されるかもしれず、ベースライン・デザインが、異なる流体レベルで変化するかもしれないように、種々の熱的な伝導率で提供されるかもしれない１セットの層セクションもまた提供されるかもしれない。
【００６４】
もう１つの相乗効果において、図８を参照すると、蒸気シールドの周囲の通路を形成するチューブ部分３０３は、堅いシェル１１１及び柔軟な蒸気バリア１１７の間にあり、及び、典型的に、第１及び第２の中間の（エアロゲル）層１１３及び１１５の間であって、中間層の表面以内に埋め込まれ、この中間層表面は別の中間層表面に突き合わされ（描かれるように）、又は、チューブ部分と同じ厚みである層においてギャップ間を延び、そのようにしてその層の部分となる。これらのオプションの後者において、典型的に、第３の中間層が第１の中間層及び第２の中間層の間にあり；第３の中間層は、複数の第３の層のセクション、及び、蒸気シールドとして使用されるように構成される１以上のチューブからなり；各第３の層のセクションは、他の複数の第３の層のセクションの１以上の横方向の周辺、又は、壁じゅうを横方向に延びる１以上のチューブのサイドの何れかと横方向に突き合わさる横方向の周辺を持つ。これらのオプションのどれででも、チューブ部分３０３が走り、熱スプレッダー３３１が横切って広がり、周辺のシングル・ポイント・オーバーラップと、セクション１２１の周辺１２３のような、低断熱エリアを断熱する。
【００６５】
第３のシナジーにおいて、実施例は、蒸気シールドとして別々に機能し得、そして、スイッチにより別々に制御可能である、複数セットのチューブを有してよい。例えば、チューブの１セットは、タンクの重力のトップ部分を冷却するように構成されるかもしれず、もう１つのチューブのセットは、タンクの重力の底部分を冷却するように構成されるかもしれない。飛行の初期に、燃料がタンクの上部にあり、蒸気シールド・チューブの上部セットは、本発明の第２の面の断熱効果の変化するレベルを作るか又は増やすように使用されてよい。最小の燃料使用だけが必要であるとき、チューブの両方のセットがそのような条件で使用され、そして、流体レベルがより低い部分にまで下りてきたときに、チューブの低いセットのみが飛行の後の部分の間に使用されることができ、上部分を通る熱流れは重要なくなる。
【００６６】
本発明の１以上の面を実行した結果、実施例は、航空機への適用ために液体水素を保存する実用的で軽量な手段を提供する。蒸発水素ガスは、推進力と他のパワー負荷に備える飛行機のパワーシステムによって、消費される。種々の実施例は、多くの利点の組合せで特徴付けられてよく、このような利点は、以下を含むであろう。１）低い重量分率（タンクの重量／運ばれる水素の重量というように表される）；２）剛性の高い外側のタンクは必要でないかもしれない；３）磨かれた及び／又はめっきされたタンク表面は、必要とされないかもしれない；４）水素ガス供給の速度が広い範囲で制御可能に変調され得る。予期されるサイズは１．７：１のオーダーとされ、電気ヒーターの使用は不要；５）安い製作費；及び、６）水素蒸発速度が特定の仕様に設計されることを許すような、高い適合性を持つデザイン。
【００６７】
［他の構造の熟考］
【００６８】
図９を参照すると、もし、堅いシェル１１１の材料が、金属（例えば、アルミニウム又はチタン）の場合のように、等方的な特性であるならば、シェルの予期される形は球形である。タンク・シーリングが金属ライナーによって達成でき、圧力負荷が一方向性のコンポジット材料の包みにより支えられるようなもののように、シェルの代替的な形状は、包まれたファイバにおいて応力の均一な分配を提供するような知られる形である、ゲオデシック・イソテンソイド（ｇｅｏｄｅｓｉｃ  ｉｓｏｔｅｎｓｉｏｄ）であるような代替の形状を備えてもよい。
【００６９】
内部のタンク１１０へのアクセスは、堅いシェル１１１の重力のトップにシールされ、及び、付けられるネック４０１を通してなされる。ネックは、内殻が外の真空バリア膜１１７にシールした装置であり、そして、タンクの外側及び内部の間の全ての結合に備えることができる。これらの結合は、液体が満たされたポート４０３と、ベント４０５と、蒸気シールドを形成する１以上のチューブの第１のセットと、（蒸気シールドを作ることなく）パワー・コンバーターに燃料を直接供給するために使用される蒸発ガス・ポートを形成する１以上のチューブの第２のセットと、リリーフ弁４０７と、バースト・ディスク４０９と、スイッチ３２１と、タンク圧力、液体レベル等を感知するように構成される関連センサーとを含む装置と結合するものである。
【００７０】
１以上の抵抗発熱体４１１は、堅いシェル１１１の外部表面（即ち、極低温液体と接触しない）に固定されてよく、好ましくは、必要な時に蒸発速度を増加させるために補足的な熱を提供するために、タンクの重力の底に又はその近くに、固定されてよい。制御システム（３２３）は、タンクにおける圧力に及び／又は航空機の燃料の必要性に基づいて、発熱体の作動を制御する。
【００７１】
タンクに補足的な熱を加えるもう一つのオプションとしての手段は、加熱された水素ガスをタンクに返すことである。実施例のこのバリエーションにおいて、水素の蒸発ガスは、パワー・コンバーターからの廃熱で加熱されて、小さな、低圧の圧縮器で、タンクに戻される。もし、パワー・コンバーターが燃料電池であるならば、燃料電池へ行っている水素は、加熱され、そのようにして、水素を加熱する同じ熱交換器が返ってきた水素を加熱するために使用できる。戻りガスは、タンクの底に管で送られて、挿入チューブ４１３を用いて残っている液体を通してバブリングし、又は、液体の表面の上へ直接吹きつける。
【００７２】
補足的な開放蓄電池気泡断熱は、全体的な熱リークを微調整するために、外部的に真空バリア膜に適用され得る。ポリアミド・フォームのような軽量開放電池気泡は、優れた断熱性を持つが、極低温に適しない。真空バリア膜への外部のそのようなフォームの適用は、許容できるレベル（即ち、クライオポンプを作動させることを避けるのに十分高い）にフォームによって見られる最も低い温度を一般に制限する。オプションとして、これらのフォームは、上で論じたように、異なる燃料の高さでの壁の熱的な伝導率を（更に）個別調整する（仕立てる）のに用いられてよい。
【００７３】
真空バリア膜及びネックの間で機能な結合に備えるために、ネックは、堅いシェルのそれより低い熱伝導率を備える金属から作られる（例えば、ネックがステンレス鋼からなるところ、堅いシェルはアルミニウム製のタンクである）。極低温タンクの製造において知られている技術を使用して異種金属であるこれらの２つの間の結合がなされてよい。ネックは、その端部（即ち、タンクの内部から最も遠いようなトップ端）を断熱するのに十分に長く薄くなるように構成され、飛行においてタンクが経験する雰囲気条件を通して添付物の要件すべてに対処するように十分暖かい。
【００７４】
真空バリア膜１１７は、最初は、堅いシェル１１１の上へとそれが適用されるとき、エアロゲルのサイズよりわずかに大きいバッグの形態である。バッグは、一緒にバリア膜の多くの小片をアセンブルして製造される。隣り合う小片の結合は、商業的な真空断熱パネルの製造において使用されるように、好ましくは、従来技術のヒートシールの手段によりなされる。バッグは、タンクの重力の底から最初組み立てられ、中央線まで、タンクの赤道部分まで組み立てられる。それから、内殻及びエアロゲル断熱材は、この部分的に完成されたバッグに挿入され、そして、バッグは残りの縫い目をシールすることによって完成される。
【００７５】
真空バリア膜１１７バッグは、ネック４０１を介して堅いシェル１１１に、タンクの重力のトップで、真空シールの様式で、固定される。真空バリア膜は、多層ラミネートであり、典型的に、金属ポリエステルフィルム、及び／又は、ポリエチレンの１以上の層であり、例えば、真空断熱パネルの製造において典型的に使われる。本実施例において、真空バリアの暖かい側が真空バリア膜であるところ、真空バリアの低温側は、堅いシェルであり、即ち、液体水素圧をサポートして、逃げている水素ガスに対するバリアを作る同じ構造である。
【００７６】
液体水素温度において、バッグ材料は、一般的にもろくなり、曲げに耐えられない。真空バリア膜１１７バッグ及びネック４０１間の接続は、タンクが満たされて航空機で運ばれるとき、バッグに損害を与えることを避けるように構成されなければならない。バッグを作るパネルの表面は、ネック上に意図するシール表面として本質的に同じサイズの開口を開けたままにして、携帯用のヒートシーラで共にシールされる。ネックに結合されるバッグの部分は、最初にポリエチレンのようなポリオレフィンのために設計される溶液型接着剤でおおわれていて、乾かせておく。この層は、プライマーとして機能する。このプライマーが施されたバッグ面は、液体水素温度のためとしてレートされるタイプのエポキシ化合物の室温キュアで、このネックに接着される。タンクが満たされて、冷たいとき、フィルムにクラックが生じ得る折り曲げを除外するために、ネックの近郷に接着又はテープでバッグの失ったフラップが固定される。ステンレス鋼のネックの距離は、バッグが結合された外側の表面が雰囲気温度近くであることを確保して、十分長くなければならない。ヒーターは、バッグからネックへの移行が暖かいままのであることを確実とするように、用いられるかもしれない。クランピング・カラーは、連結部に圧縮を提供するために用いられるかもしれない。
【００７７】
一旦造られたならば、エアロゲル断熱の中の、及び、外のバッグ及び内殻の間の空間におけるガス／空気は、好ましくは約２．０トール未満の圧力でポンプ汲み出しされる。ネックに付けられる部品及びチューブは、真空空間へのアクセスを提供する。チューブは、ステンレス鋼のような低い熱伝導性金属で好ましくはなる。チューブの先端において、ｔ−交差点は、真空空間へのアクセスのための真空弁を備え、真空レベルをモニタするために真空圧力トランスデューサーを備える。タンクが液体水素を保持しているとき、残りの空気が堅いシェルの壁で凍りついて、真空レベルはさらに上がる。
【００７８】
エアロゲル層が真空に、内部のタンクは未だ大気圧であり、内殻の上に結果としての外部圧力の小さな量があるであろう。これは、バリア膜の外側で適用される大気圧の結果である。結果として生じる負荷は、エアロゲルによって内殻へ移行される。見た目の外圧は、周囲大気圧及び内殻の直径に対する真空バリアの外側の直径の比の二乗との積である。内部のタンクが周囲大気圧であるならば、結果は円周圧縮（ｈｏｏｐ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を引き起こしている正味の外圧である。バッグリングの潜在可能性は、真空の下でタンク壁に対して強制されるエアロゲル断熱層の安定化効果によって、軽減される。その上、標準設計のために、断熱が内殻の直径と比較して全く薄いので、残りの外圧は全く小さく―およそ１気圧の２％〜３％程度のオーダーである。
【００７９】
エアロゲルの最適の製剤は、タンク設計のパラメータの機能である。エアロゲルは、放射伝熱を減らすために、カーボンブラックのような乳白剤を好ましくは含む。１つの具体的な機能必要性は、航空機が晒されるすべての高度で、エアロゲルが、大気圧を支持しなければならず、外の真空バリア膜と内殻の間でエアロゲルを絞るような行動を支えなければならない。すべてのエアロゲルが、実質的につぶれることなく、この負荷を支持できるというわけではない。
【００８０】
エアロゲルは、密度が変化する際に生成され得る。低密度のエアロゲルは、この適用に用いられたら、結果的に密度を増加する負荷の下、部分的につぶれるかもしれず、熱的なパフォーマンスが低下する。この適用に最適のエアロゲルは、一般に、１気圧の圧縮荷重の下で、伝導率及び密度の積の値が最小値を持つものである。伝導率−密度の積の最小化が最も低い断熱質量へと導かれる（同じ伝導率−密度の積で異なる材料であっても、断熱の厚みが最小化されるであろうから、最も高い密度／最も低い伝導率を持つものが好ましい）。断熱厚さを減らすことは、２つの利益を持つ。１つは、上述したように、内殻の残留圧縮を減少させることで、もう１つは、より高い全体の直径に関連する増加する熱の伝導を減少させることである。伝導率は温度によって変わるので、最適材料は、タンクへの適用（アプリケーション）のために特定の内的な及び外的な温度に依存する。
【００８１】
タンクは、多くの異なる手段によって支持されてよい。１つには、タンクは重力の上部の端及び下部の端で支持される。上部の端では、これはネックへの構造的な取り付け具によってなされる。下部の端では、これは、主要な（トップ）ネックと似た技術を使ってバッグに接続させる、第２の底ネックへの取り付け具によってなされる。第２のネックはまた、蒸気シールドの通路が、それが入ったところの（トップ）サイドからタンクの逆の（底）のサイドへと壁から出ていくことを許す。
【００８２】
これは、タンクの製造業者による支持の好ましい方法で、飛行タンクにより使用を意図する方法である。この方法で、タンクの堅いシェルの厚みは、北極で（重力の上側）及び南極で（重力の下側）、強化され、タンクの残りの周りは薄い。また、堅いシェルの建造の期間溶接が生じるところ、赤道で厚みのビルドアップがある。
【００８３】
支持体のこの方法において、垂直方向で、縦方向で、横方向で、偏揺れしている負荷は、北極のフィッティングによって支持される。タンクが、静的な又は熱的な負荷により、わずかに縮む又は延びるかもしれないが、ただ横方向及び縦方向の負荷が南極フィッティングによって支持される。これにより、圧縮荷重がタンクに導入されないことが確実となる。十分に長い熱の経路が存在することを確実にして、北極及び南極フィッティングは、飛行荷重がフィッティングを通って移動するかもしれないことを確実とするように設計されなければならない。
【００８４】
タンクを支持する代替の手段において、軽量材料のリングを支える環は、タンクの外部の輪郭にマッチするために表面を曲げて加工品に仕上げられる。リングの直径は、タンクのそれより小さくて、タンク（液体レベルの満杯範囲を考慮する）で重力誘因応力を最小にするために選ばれる。リングとタンクの間の接面の表面積のサイズは、結果として過剰の圧縮なしでエアロゲルによって支えられることができる低い平均圧接力になるために、選ばれる。乱気流又はたの変化する負荷条件においてタンクが確実に場所に保持されることを確実にするために、似た環状のリングが、タンクのトップ側に位置付けられた。環状のリングは、引張部材、圧縮部材、又は、梁を含む多くの従来技術の構造要素によって、航空機構造に接続され得る。
【００８５】
［タンク構造］
【００８６】
仕上げられたタンクにおいて、エアロゲルは、適用される真空によって効果的に保持される。その生の状態において、真空が適用されるまで、エアロゲルは通常、粉末又はビーズ状であり、エアロゲルを位置に付かせるために一時的な手段が必要である。
【００８７】
図２から図４、及び図１０を参照すると、本発明の下の建設の方法においては、堅いシェル１１１は、便利なタイル・パターンを用いて、エアロゲルの包装されたセクション１２１で、タイルを張られる。先に述べたように、セクションは形成され、そして第１の層が形成される。各々のセクション・タイルのサイズは、包装されたエアロゲル・セクションが曲げられて堅いシェルの球と緩く接触することを許すように、セットされる。経験によれば、タンク円周の約１０パーセントの最大寸法によるタイルが、実務的である。前に述べたように、図４は、球形タンクを４０枚のタイルで覆う５つのタイル・パターンのサンプルを示す。球形タンクのために、代替のタイル方法は、サッカーボールのようなパターンであろう。他のパターンも、本発明の範囲内である。
【００８８】
エアロゲル・タイルは、予め圧縮され、不透明化されたエアロゲル粉５０１の板から適切なタイル形に切られ、多孔質バッグ５０３にパッケージ化されてハンドリング可能とされている。与圧段階において、印加される圧力は、十分であり、典型的には少なくとも１気圧であり、そのため、結果として生じるタイルは、タンクへの真空荷重の下で、あまり圧縮しない。多孔質バッグは、熱収縮性のフィルムから造られて、シールをされて、タイルの周囲辺りに密接してトリミングされる。エアロゲル及び成形されバッグに入れられたセクションを作る方法は、商業的に既知の生成物である。それにもかかわらず、ここに記述される、球形タンクへのこれらのタイルの適用は、本発明の範囲内である。
【００８９】
エアロゲル・タイルは、一般のプラスチック・フィルム・テープ５０５（図３参照）でタイルに隣接することにタイルにテープを貼ることによって、タンクへと組立てられる。テープの機能は、タンクと及び互いのタイルとのタイトな接触にタイルを引くために真空が適用されるまで、大体その場所にタイルを保持することである。バッグが設置される間、ポリエチレン・シュリンク・ラップの襟巻きは、適所にタイルを支持するにもまた用いられるかもしれない。
【００９０】
前述のとおり、エアロゲル断熱は、好ましくは層状に積み重ねる。これは、結果としていくつかの便益となる。第１には、上で示したように、タイル（セクション１２１）の間の接続は、周囲状況から内殻まで直接的に過小断熱した熱の流路を形成することからタイル間の回避不能な小さなギャップを防ぐために、搖動させることができる。第２には、１枚のより厚い層の代わりに、複数の薄い層を加えることは、個々のタイルが結果としてタンクの直径と比較してより薄くなり、そして、タイルの周囲長さ、その外側サイドからその内側サイドの間の差が小さいので、より精緻にフィットする結果となる。第３には、先に述べたように、内側層又は層が、蒸気シールドのチューブのための空間を提供するように形成され得、チューブは層内に埋め込まれる。例えば、蒸気シールドの一部として、１／４インチの厚い層にタイルが貼られ、１／４インチのチューブのための空間が残されるように、タイルが貼られる。
【００９１】
図１１を参照すると、代替の建設方法において、エアロゲルのタイルづくりや予めの圧縮の必要性がなく、粉末の又はビーズ状のエアロゲルを直接その場所に置く手段が用いられる。製造用の固定部材は、断熱タンクの所望の最終外形よりもわずかに大きいように作られた内側形状を持つシェル構造６０１からなる。固定部材は、堅いシェル６１１の配置のためのアクセスを許すような２つのシェル半分に対しその中心（図示せず）を通る面に沿って分離できる。固定部材は、シェル半分の内側面に対して多数の通気穴６０５を通して接続されるプレナム６０３を含む。プレナムは、真空の源６０７に接続されている。
【００９２】
組立のためには、真空バリア・フィルムバッグ６０９は、バッグの口がタンクのネックに固定されていないままで、堅いシェル６１１と蒸気シールド６１３を覆ってゆるく最初に組立てられる。バッグと堅いシェル／蒸気シールドは、固定部材に設置されて、堅いシェル６１１と殻構造６０１との間の空間によって形成される空洞内に中心が置かれるようにトップでネックから支持される。蒸気シールド６１３及びそのチューブは、内殻へのいくつかの小さなスペーサーによって支えられる。それから、バッグの口は一時的に殻構造６０１に付けられシールされ、真空がバッグと殻構造６０１の内面の間の空間にプレナム６３０を介して適用される。示されるように、バリア膜バッグは、ここで、均一に外に向かって引かれ、殻構造６０１と接触する。バッグは、殻構造の内径よりわずかに小さい直径で作られる。
【００９３】
真空は、殻構造６０１の壁に対して引かれるように、バッグ６０９をわずかに引っ張り、バッグの内面にしわがないことを保証する。環状のギャップが、現在タンクのネックとバッグの口の間に存在する（それは、一時的に殻構造に対してシールされる）。スペースが完全に満たされるまで、エアロゲル粉末又はビーズ６１５は、現在この環状ギャップを通して加えられる。固定部材は、振動されることができ、ものすごい衝撃を与えられることができ、又は、空間の充填のために揺らすこともできる。全てのエアロゲルが加えられた後、軽い真空は殻構造６０１から解放され、そして、バッグの口は固定部材から分離されて、適当な接着剤でタンクの口が永久にシールされる。真空は、上述したように、ここで適用される。ゲッター（即ち、真空系統からガスの痕跡を取り除くために使われる反応性材料）は、真空を望ましいレベルに維持するために、断熱層に加えられることができる。
【００９４】
本発明は、タンク自身の装置及び方法だけでなく、タンクを設計するための、及び、タンクを製造するための装置及び方法を含むことを理解されるべきである。その上、本発明の種々の実施例は、上述の特徴の色々な組合せを取り込むことができる。更に、請求項が、記述された実施例より広いと考えられる。
【００９５】
発明の特定の形態が例示されて、記述されるところ、色々な修正が本発明の精神と範囲から逸脱することなくできることは明らかである。このように、本発明は好ましい実施例についてのみ参照され詳細に述べられてきたが、当業者であるならば、種々の変更が本発明の範囲から外れることなくなされ得ることは認識するであろう。従って、本発明は上記の議論によって制限されることを意図せず、本発明は、以下の請求項に関して規定される。
【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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【図１１】
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【国際調査報告】
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