JP2002337798A - 液体用タンク - Google Patents
液体用タンクInfo
- Publication number
- JP2002337798A JP2002337798A JP2001148138A JP2001148138A JP2002337798A JP 2002337798 A JP2002337798 A JP 2002337798A JP 2001148138 A JP2001148138 A JP 2001148138A JP 2001148138 A JP2001148138 A JP 2001148138A JP 2002337798 A JP2002337798 A JP 2002337798A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- tank
- tank body
- propellant
- supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 無重力あるいは微少重力環境において、極低
温液体をタンク内に効率よく容易に収容する。 【解決手段】 無重力または微少重力環境に配置される
液体用タンク１００を、円筒状または球状に形成された
タンク本体１０と、このタンク本体１０の内壁面の円周
方向に沿って液体を旋回させるように流入させる液体供
給手段２０とを備える構成とする。
温液体をタンク内に効率よく容易に収容する。 【解決手段】 無重力または微少重力環境に配置される
液体用タンク１００を、円筒状または球状に形成された
タンク本体１０と、このタンク本体１０の内壁面の円周
方向に沿って液体を旋回させるように流入させる液体供
給手段２０とを備える構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体用タンクに関
し、特に微少重力あるいは無重力下において極低温液体
を収容する液体用タンクに関する。
し、特に微少重力あるいは無重力下において極低温液体
を収容する液体用タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】宇宙インフラ構築では、地球周回軌道上
の宇宙機間で、例えば液体酸素、液体水素などの極低温
液体を移送し、人工衛星の姿勢制御スラスタ用推薬など
の燃料として、人工衛星に備えたタンクに収容させるこ
とが想定されている。
の宇宙機間で、例えば液体酸素、液体水素などの極低温
液体を移送し、人工衛星の姿勢制御スラスタ用推薬など
の燃料として、人工衛星に備えたタンクに収容させるこ
とが想定されている。
【０００３】密閉容器であるタンクに液体を充填するに
は、タンクに流入させた液体の容積と等しい容積の気体
をタンクから排出させる必要がある。地上であれば、気
液は重力によって２層状に分かれるので、気体だけをタ
ンクから排出させることは容易である。しかし、地球周
回軌道上は無重力環境であるため、このような環境下で
はタンク内の気体と液体とが２層状に分かれず、気体と
液体とが混在する状態となる。したがって、地球周回軌
道上では気体だけをタンクから排出することが難しく、
無重力環境下で気液分離および液体捕捉が可能なタンク
でなければ気体だけを排出することができない。つま
り、気体を排出させる際に液体まで排出されてしまうた
め、タンクに効率よく液体を充填することができない。
は、タンクに流入させた液体の容積と等しい容積の気体
をタンクから排出させる必要がある。地上であれば、気
液は重力によって２層状に分かれるので、気体だけをタ
ンクから排出させることは容易である。しかし、地球周
回軌道上は無重力環境であるため、このような環境下で
はタンク内の気体と液体とが２層状に分かれず、気体と
液体とが混在する状態となる。したがって、地球周回軌
道上では気体だけをタンクから排出することが難しく、
無重力環境下で気液分離および液体捕捉が可能なタンク
でなければ気体だけを排出することができない。つま
り、気体を排出させる際に液体まで排出されてしまうた
め、タンクに効率よく液体を充填することができない。
【０００４】この問題を解決するために、遠心力を利用
してタンク内壁に液体を付着させる機構や、表面張力に
より液体を捕捉する機構を備え、重力を利用せずに気液
分離を行うことができるタンクが提案されている。
してタンク内壁に液体を付着させる機構や、表面張力に
より液体を捕捉する機構を備え、重力を利用せずに気液
分離を行うことができるタンクが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遠心力
を利用する機構は、タンク自体を回転させたりタンク内
の液体を撹拌させたりしてタンク内壁に液体を付着させ
るため、回転駆動機構を必要とするので、装置の複雑化
や大型化、重量増大を招き、厳しく気密性や軽量化が要
求される人工衛星のような宇宙機には不適切である。ま
た、回転駆動機構の回転力により生じる慣性力のため
に、宇宙機の姿勢制御が困難を困難にするなどの問題も
ある。
を利用する機構は、タンク自体を回転させたりタンク内
の液体を撹拌させたりしてタンク内壁に液体を付着させ
るため、回転駆動機構を必要とするので、装置の複雑化
や大型化、重量増大を招き、厳しく気密性や軽量化が要
求される人工衛星のような宇宙機には不適切である。ま
た、回転駆動機構の回転力により生じる慣性力のため
に、宇宙機の姿勢制御が困難を困難にするなどの問題も
ある。
【０００６】表面張力を利用している液体捕捉機構によ
れば、駆動機構がないため、このような問題は生じな
い。しかしながら、主な移送対象である液体酸素や液体
水素などの極低温液体は表面張力が非常に小さいので、
このような極低温液体に対して表面張力による液体捕捉
機構を用いることは効率が悪く、適切ではない。
れば、駆動機構がないため、このような問題は生じな
い。しかしながら、主な移送対象である液体酸素や液体
水素などの極低温液体は表面張力が非常に小さいので、
このような極低温液体に対して表面張力による液体捕捉
機構を用いることは効率が悪く、適切ではない。
【０００７】さらに、極低温液体は揮発性が非常に高
く、タンクに供給されると瞬時に揮発してタンク内圧を
上昇させるので、液体の揮発によって生じた気体をタン
クから抜いて内圧を下げながらでなければ液体を充填す
ることができないため、収容効率が悪いという問題があ
る。その上、上述したように、気液分離を行うことがで
きないタンクでは気体だけを排出することが困難であ
り、気体とともに液体が排出されてしまうため、さらに
収容効率が悪くなるという問題がある。
く、タンクに供給されると瞬時に揮発してタンク内圧を
上昇させるので、液体の揮発によって生じた気体をタン
クから抜いて内圧を下げながらでなければ液体を充填す
ることができないため、収容効率が悪いという問題があ
る。その上、上述したように、気液分離を行うことがで
きないタンクでは気体だけを排出することが困難であ
り、気体とともに液体が排出されてしまうため、さらに
収容効率が悪くなるという問題がある。
【０００８】気体を排出せずにタンクに液体を供給する
には、タンク内を高圧にすることにより液体の揮発を抑
制しながら液体を充填する方法が考えられる。しかしな
がら、極低温液体の揮発を抑制するほどの高圧状態に耐
えるタンクや供給機を提供することは非常に難しく、非
現実的である。
には、タンク内を高圧にすることにより液体の揮発を抑
制しながら液体を充填する方法が考えられる。しかしな
がら、極低温液体の揮発を抑制するほどの高圧状態に耐
えるタンクや供給機を提供することは非常に難しく、非
現実的である。
【０００９】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、無重力あるいは微少重力環境において、極
低温液体をタンク内に効率よく容易に収容することを目
的とする。
れたもので、無重力あるいは微少重力環境において、極
低温液体をタンク内に効率よく容易に収容することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、無重力または微少重力環境
に配置される液体用タンクであって、円筒状または球状
に形成されたタンク本体と、このタンク本体の内壁面の
円周方向に沿って液体を旋回させるように流入させる液
体供給手段とを備えることを特徴としている。この発明
に係る液体用タンクは、タンク本体に流入した液体が、
遠心力により円筒状あるいは球状の内壁面に沿って流れ
ることにより、無重力あるいは微少重力環境下において
も、タンク内壁面側が液相、タンク中心側が蒸気相とな
るように気液分離を行うことができる。また、液体供給
時に液相がタンク内壁面に沿って流入されるので、液相
の蒸発による気化熱によってタンク本体が予冷され、液
体を効率よくタンクに供給することができる。
に、請求項１に係る発明は、無重力または微少重力環境
に配置される液体用タンクであって、円筒状または球状
に形成されたタンク本体と、このタンク本体の内壁面の
円周方向に沿って液体を旋回させるように流入させる液
体供給手段とを備えることを特徴としている。この発明
に係る液体用タンクは、タンク本体に流入した液体が、
遠心力により円筒状あるいは球状の内壁面に沿って流れ
ることにより、無重力あるいは微少重力環境下において
も、タンク内壁面側が液相、タンク中心側が蒸気相とな
るように気液分離を行うことができる。また、液体供給
時に液相がタンク内壁面に沿って流入されるので、液相
の蒸発による気化熱によってタンク本体が予冷され、液
体を効率よくタンクに供給することができる。
【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１の液体用
タンクにおいて、液体をタンク本体の略中心付近に向け
て噴出させる液体噴出手段を備えることを特徴としてい
る。この発明に係る液体用タンクは、遠心力によって気
液分離され蒸気相となるタンク本体の略中心付近に向け
て液体を噴出することにより、蒸気相を凝縮させること
ができる。
タンクにおいて、液体をタンク本体の略中心付近に向け
て噴出させる液体噴出手段を備えることを特徴としてい
る。この発明に係る液体用タンクは、遠心力によって気
液分離され蒸気相となるタンク本体の略中心付近に向け
て液体を噴出することにより、蒸気相を凝縮させること
ができる。
【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１または２
の液体用タンクにおいて、タンク本体の略中心付近とタ
ンク外部とを連通させる気体通路を備えることを特徴と
している。この発明に係る液体用タンクは、遠心力によ
って気液分離され蒸気相となるタンク本体の略中心付近
とタンク外部を連通させることにより、タンクから気体
だけを排出することができる。
の液体用タンクにおいて、タンク本体の略中心付近とタ
ンク外部とを連通させる気体通路を備えることを特徴と
している。この発明に係る液体用タンクは、遠心力によ
って気液分離され蒸気相となるタンク本体の略中心付近
とタンク外部を連通させることにより、タンクから気体
だけを排出することができる。
【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１から３い
ずれかの液体用タンクにおいて、タンク本体は、液体の
供給に先立って真空に設定されることを特徴としてい
る。この発明に係る液体用タンクは、タンク本体内を真
空にしておくことにより、液体供給に圧力差を利用する
ことができるので、小さい動力で液体を供給することが
できる。
ずれかの液体用タンクにおいて、タンク本体は、液体の
供給に先立って真空に設定されることを特徴としてい
る。この発明に係る液体用タンクは、タンク本体内を真
空にしておくことにより、液体供給に圧力差を利用する
ことができるので、小さい動力で液体を供給することが
できる。
【００１４】請求項５に係る発明は、請求項１から４い
ずれかの液体用タンクにおいて、タンク本体の内部に
は、供給された液体を捕捉する液体捕捉機構を備えるこ
とを特徴としている。この発明に係る液体用タンクは、
例えば人工衛星の姿勢制御スラスタ用燃料タンクとして
用いられる場合、タンク内で液体と気体が混在している
スラスタ静止時であっても、液体捕捉機構に捕捉された
液体を排出することができる。
ずれかの液体用タンクにおいて、タンク本体の内部に
は、供給された液体を捕捉する液体捕捉機構を備えるこ
とを特徴としている。この発明に係る液体用タンクは、
例えば人工衛星の姿勢制御スラスタ用燃料タンクとして
用いられる場合、タンク内で液体と気体が混在している
スラスタ静止時であっても、液体捕捉機構に捕捉された
液体を排出することができる。
【００１５】請求項６に係る発明は、請求項１から５い
ずれかの液体用タンクにおいて、前記タンク本体は、外
壁を被覆する断熱材を有することを特徴としている。こ
の発明に係る液体用タンクは、太陽熱や周辺機器からの
放熱などを断熱材によって遮断するので、タンク本体の
温度上昇を抑え、供給された液体の揮発を抑制すること
ができる。
ずれかの液体用タンクにおいて、前記タンク本体は、外
壁を被覆する断熱材を有することを特徴としている。こ
の発明に係る液体用タンクは、太陽熱や周辺機器からの
放熱などを断熱材によって遮断するので、タンク本体の
温度上昇を抑え、供給された液体の揮発を抑制すること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形
態の、無重力または微少重力環境下に配置されて液体を
収容する液体用タンク１００を示す斜視図である。この
液体用タンク１００は、図２に示すように、人工衛星の
スラスタ１１０の推薬を収容する推薬タンク１００であ
り、供給側タンク１２０から液体酸素や液体水素などの
極低温液体（推薬）Ｌを充填されて、この推薬Ｌをスラ
スタ１１０に供給することができる。スラスタ１１０は
人工衛星の姿勢制御を行うエンジンであり、この推薬Ｌ
を燃料として作動される。
て、図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形
態の、無重力または微少重力環境下に配置されて液体を
収容する液体用タンク１００を示す斜視図である。この
液体用タンク１００は、図２に示すように、人工衛星の
スラスタ１１０の推薬を収容する推薬タンク１００であ
り、供給側タンク１２０から液体酸素や液体水素などの
極低温液体（推薬）Ｌを充填されて、この推薬Ｌをスラ
スタ１１０に供給することができる。スラスタ１１０は
人工衛星の姿勢制御を行うエンジンであり、この推薬Ｌ
を燃料として作動される。
【００１７】図１および図２に示すように、推薬タンク
１００のタンク本体１０は、推薬供給管２５を介してス
ラスタ１１０に接続されている。タンク本体１０には、
バルブ２０Ａを有する液体供給手段としての供給管２０
と、バルブ２１Ａを有する液体噴出手段としての噴出管
２１と、バルブ２２Ａを有する気体通路としての排気管
２２が接続されている。
１００のタンク本体１０は、推薬供給管２５を介してス
ラスタ１１０に接続されている。タンク本体１０には、
バルブ２０Ａを有する液体供給手段としての供給管２０
と、バルブ２１Ａを有する液体噴出手段としての噴出管
２１と、バルブ２２Ａを有する気体通路としての排気管
２２が接続されている。
【００１８】供給側タンク１２０は、軌道往還機に搭載
されて、人工衛星のスラスタ１１０用の推薬タンク１０
０に接続され、推薬タンク１００に推薬Ｌを補給するこ
とができる。供給側タンク１２０のタンク本体１２１に
は、バルブ１２２Ａを有する供給管１２２が接続されて
いる。また、供給管１２２には推薬Ｌをタンク本体１２
１から圧送するためのポンプ１２４が接続されている。
されて、人工衛星のスラスタ１１０用の推薬タンク１０
０に接続され、推薬タンク１００に推薬Ｌを補給するこ
とができる。供給側タンク１２０のタンク本体１２１に
は、バルブ１２２Ａを有する供給管１２２が接続されて
いる。また、供給管１２２には推薬Ｌをタンク本体１２
１から圧送するためのポンプ１２４が接続されている。
【００１９】以上のように構成された推薬タンク１００
への推薬Ｌの補給は、図２に示すように、供給管２０お
よび噴出管２１と供給管１２２を介して推薬タンク１０
０と供給側タンク１２０とが接続され、バルブ２０Ａ、
２１Ａおよび１２２Ａが開かれるとともにポンプ１２４
が駆動されることにより、推薬Ｌが供給側タンク１２０
から圧送されて行われる。
への推薬Ｌの補給は、図２に示すように、供給管２０お
よび噴出管２１と供給管１２２を介して推薬タンク１０
０と供給側タンク１２０とが接続され、バルブ２０Ａ、
２１Ａおよび１２２Ａが開かれるとともにポンプ１２４
が駆動されることにより、推薬Ｌが供給側タンク１２０
から圧送されて行われる。
【００２０】推薬タンク１００のタンク本体１０は、極
低温液体を収容するのに適した材料（例えばアルミ合金
など）によって略円筒状に形成されている。このタンク
本体１０の外部は、図１に示すように断熱材Ｓによって
被覆されていて、太陽熱や周辺機器によるタンク本体１
０の加熱昇温が防止されている。タンク本体１０の内部
には、内壁面の円周方向に沿って推薬Ｌを流入させる供
給管２０と、タンク本体１０の略中心付近に向けて推薬
Ｌを噴出する噴出管２１と、タンク本体１０の略中心付
近とタンク本体１０外部とを連通させる排気管２２と、
タンク本体１０内の推薬Ｌを捕捉する液体捕捉機構（液
体トラップ）２４とが配置されている。このタンク本体
１０は、推薬Ｌの供給に先立ち、供給管２０から推薬Ｌ
を噴霧されて予冷されるとともに、真空に設定されてい
る。
低温液体を収容するのに適した材料（例えばアルミ合金
など）によって略円筒状に形成されている。このタンク
本体１０の外部は、図１に示すように断熱材Ｓによって
被覆されていて、太陽熱や周辺機器によるタンク本体１
０の加熱昇温が防止されている。タンク本体１０の内部
には、内壁面の円周方向に沿って推薬Ｌを流入させる供
給管２０と、タンク本体１０の略中心付近に向けて推薬
Ｌを噴出する噴出管２１と、タンク本体１０の略中心付
近とタンク本体１０外部とを連通させる排気管２２と、
タンク本体１０内の推薬Ｌを捕捉する液体捕捉機構（液
体トラップ）２４とが配置されている。このタンク本体
１０は、推薬Ｌの供給に先立ち、供給管２０から推薬Ｌ
を噴霧されて予冷されるとともに、真空に設定されてい
る。
【００２１】供給管２０は、タンク本体１０の軸に略平
行な管状に形成され、本実施形態では図１および図２に
示すように２箇所設けられている。供給管２０の供給口
２０ａは、図１に示すようにタンク本体１０内の軸方向
に配列されていて、タンク本体１０の軸に対して直角か
つ円筒形状の接線方向に向けて開口されている。
行な管状に形成され、本実施形態では図１および図２に
示すように２箇所設けられている。供給管２０の供給口
２０ａは、図１に示すようにタンク本体１０内の軸方向
に配列されていて、タンク本体１０の軸に対して直角か
つ円筒形状の接線方向に向けて開口されている。
【００２２】この供給口２０ａから円周接線方向に流入
された推薬Ｌはタンク本体１０の内壁面に沿って流れ、
この流出の勢いによって、図１および図３（ａ）に示す
ように、タンク本体１０の内壁面の円周方向の流れが形
成される。推薬Ｌは、タンク本体１０が無重力環境下に
あるため、遠心力に従い旋回し続けようとする。なお、
この推薬Ｌの流れはタンク本体１０の内壁面に設けられ
た供給管２０との衝突やタンク本体１０の内壁面との摩
擦などによって妨げられるので、これらに抗して推薬Ｌ
を旋回させ続けることができる圧力で推薬Ｌを供給口２
０ａから流入されることが必要である。
された推薬Ｌはタンク本体１０の内壁面に沿って流れ、
この流出の勢いによって、図１および図３（ａ）に示す
ように、タンク本体１０の内壁面の円周方向の流れが形
成される。推薬Ｌは、タンク本体１０が無重力環境下に
あるため、遠心力に従い旋回し続けようとする。なお、
この推薬Ｌの流れはタンク本体１０の内壁面に設けられ
た供給管２０との衝突やタンク本体１０の内壁面との摩
擦などによって妨げられるので、これらに抗して推薬Ｌ
を旋回させ続けることができる圧力で推薬Ｌを供給口２
０ａから流入されることが必要である。
【００２３】タンク本体１０内は、推薬Ｌの供給に先立
ち真空に設定されていて、推薬Ｌが供給されると推薬Ｌ
の液相ＬＬと揮発した推薬Ｌの蒸気相（アレッジ）ＬＳ
とが存在する状態となっている。タンク本体１０内を推
薬Ｌが旋回している状態では、図３（ａ）に示すよう
に、液相ＬＬは遠心力によって常にタンク本体１０の内
壁面に付着し、推薬Ｌの揮発によるアレッジＬＳは液相
ＬＬによって押しのけられてタンク本体１０の軸付近に
位置している。推薬Ｌの流入によってタンク本体１０内
の推薬Ｌの量が増すと、図３（ｂ）に示すように、液相
ＬＬは厚さを増し、供給管２０から流出される推薬Ｌに
より円周方向に付勢されて内壁面に付着し、旋回し続け
る。さらに推薬Ｌを流入させ、タンク本体１０内の推薬
Ｌの量が増すと、図３（ｃ）に示すように、液相ＬＬは
さらに厚くなってタンク本体１０の軸方向両端側の内壁
面にまで付着する。一方アレッジＬＳは、推薬Ｌが増加
するにつれて小さくなるが位置は変わらずタンク本体１
０の略中心付近にある。
ち真空に設定されていて、推薬Ｌが供給されると推薬Ｌ
の液相ＬＬと揮発した推薬Ｌの蒸気相（アレッジ）ＬＳ
とが存在する状態となっている。タンク本体１０内を推
薬Ｌが旋回している状態では、図３（ａ）に示すよう
に、液相ＬＬは遠心力によって常にタンク本体１０の内
壁面に付着し、推薬Ｌの揮発によるアレッジＬＳは液相
ＬＬによって押しのけられてタンク本体１０の軸付近に
位置している。推薬Ｌの流入によってタンク本体１０内
の推薬Ｌの量が増すと、図３（ｂ）に示すように、液相
ＬＬは厚さを増し、供給管２０から流出される推薬Ｌに
より円周方向に付勢されて内壁面に付着し、旋回し続け
る。さらに推薬Ｌを流入させ、タンク本体１０内の推薬
Ｌの量が増すと、図３（ｃ）に示すように、液相ＬＬは
さらに厚くなってタンク本体１０の軸方向両端側の内壁
面にまで付着する。一方アレッジＬＳは、推薬Ｌが増加
するにつれて小さくなるが位置は変わらずタンク本体１
０の略中心付近にある。
【００２４】推薬Ｌがタンク本体１０に供給されると、
推薬Ｌは揮発してタンク本体１０の内圧を上昇させる。
この内圧の上昇は、タンク本体１０内よりも低温の推薬
Ｌを霧状にしてアレッジＬＳに接触させてアレッジＬＳ
を凝縮させることにより、抑制することができる。
推薬Ｌは揮発してタンク本体１０の内圧を上昇させる。
この内圧の上昇は、タンク本体１０内よりも低温の推薬
Ｌを霧状にしてアレッジＬＳに接触させてアレッジＬＳ
を凝縮させることにより、抑制することができる。
【００２５】噴出管２１は、推薬Ｌを霧状にしてアレッ
ジＬＳに接触させるために、タンク本体１０内外を連通
して供給側タンク１２０から推薬Ｌを供給される管状に
形成されている。図１に示すように、タンク本体１０の
軸上に配置された噴出管２１は、タンク本体１０の略中
心付近に向けて開口された噴出口２１ａを有し、この噴
出口２１ａからタンク本体１０の略中心付近すなわち上
述したアレッジＬＳに向けて推薬Ｌを霧状に噴出させる
ことにより、アレッジＬＳの温度を低下させ、凝縮させ
て容積を小さくすることができる。なお、アレッジＬＳ
を凝縮させるために噴出する推薬Ｌは、少なくともタン
ク本体１０内よりも低温であることが望ましい。
ジＬＳに接触させるために、タンク本体１０内外を連通
して供給側タンク１２０から推薬Ｌを供給される管状に
形成されている。図１に示すように、タンク本体１０の
軸上に配置された噴出管２１は、タンク本体１０の略中
心付近に向けて開口された噴出口２１ａを有し、この噴
出口２１ａからタンク本体１０の略中心付近すなわち上
述したアレッジＬＳに向けて推薬Ｌを霧状に噴出させる
ことにより、アレッジＬＳの温度を低下させ、凝縮させ
て容積を小さくすることができる。なお、アレッジＬＳ
を凝縮させるために噴出する推薬Ｌは、少なくともタン
ク本体１０内よりも低温であることが望ましい。
【００２６】推薬Ｌの揮発による内圧の上昇は上記のよ
うにして抑制されるが、内圧が過昇したときには、タン
ク本体１０の気体を排出することが必要となる。排気管
２２は、図１に示すように、タンク本体１０内外を連通
する管状に形成されて、タンク本体１０の軸上に配置さ
れている。排気管２２の開口部２２ａは、タンク本体１
０の略中心付近すなわち上述したアレッジＬＳ部分に開
口されていて、バルブ２２Ａを開放することにより、図
３（ａ）から図３（ｃ）に示すように、ここから気体を
タンク本体１０外に排出することができる。この開口部
２２ａと噴出口２１ａとの間に設けられているバッフル
２３は、噴出口２１ａから噴出された推薬Ｌが直接開口
部２２ａから排出されるのを防ぐ邪魔板である。
うにして抑制されるが、内圧が過昇したときには、タン
ク本体１０の気体を排出することが必要となる。排気管
２２は、図１に示すように、タンク本体１０内外を連通
する管状に形成されて、タンク本体１０の軸上に配置さ
れている。排気管２２の開口部２２ａは、タンク本体１
０の略中心付近すなわち上述したアレッジＬＳ部分に開
口されていて、バルブ２２Ａを開放することにより、図
３（ａ）から図３（ｃ）に示すように、ここから気体を
タンク本体１０外に排出することができる。この開口部
２２ａと噴出口２１ａとの間に設けられているバッフル
２３は、噴出口２１ａから噴出された推薬Ｌが直接開口
部２２ａから排出されるのを防ぐ邪魔板である。
【００２７】以上のようにしてタンク本体１０に充填さ
れた推薬Ｌをスラスタ１１０に供給するには、液相ＬＬ
のみを抜き出す必要がある。ところが、推薬Ｌの供給管
２０からの流出が停止されると、液相ＬＬの旋回流は供
給管２０との衝突やタンク本体１０の内壁面との摩擦な
どによって徐々に乱れて最終的には流れがなくなり、タ
ンク本体１０内は液相ＬＬとアレッジＬＳとが混在する
状態となるため、気液分離あるいは液体捕捉を行わなけ
れば、アレッジＬＳが混在するタンク本体１０内から液
相ＬＬのみを抜き出すことはできない。推薬Ｌの液相Ｌ
Ｌのみスラスタ１１０に供給するために、タンク本体１
０内には液相ＬＬを捕捉する液体トラップ２４が備えら
れている。
れた推薬Ｌをスラスタ１１０に供給するには、液相ＬＬ
のみを抜き出す必要がある。ところが、推薬Ｌの供給管
２０からの流出が停止されると、液相ＬＬの旋回流は供
給管２０との衝突やタンク本体１０の内壁面との摩擦な
どによって徐々に乱れて最終的には流れがなくなり、タ
ンク本体１０内は液相ＬＬとアレッジＬＳとが混在する
状態となるため、気液分離あるいは液体捕捉を行わなけ
れば、アレッジＬＳが混在するタンク本体１０内から液
相ＬＬのみを抜き出すことはできない。推薬Ｌの液相Ｌ
Ｌのみスラスタ１１０に供給するために、タンク本体１
０内には液相ＬＬを捕捉する液体トラップ２４が備えら
れている。
【００２８】液体トラップ２４は、表面張力を利用した
毛管現象などによりタンク本体１０内の推薬Ｌを捕捉す
る機構であり、捕捉した推薬Ｌをスラスタ１１０に供給
するための推薬供給管２５が接続されている。
毛管現象などによりタンク本体１０内の推薬Ｌを捕捉す
る機構であり、捕捉した推薬Ｌをスラスタ１１０に供給
するための推薬供給管２５が接続されている。
【００２９】液体トラップ２４に捕捉された推薬Ｌを推
薬供給管２５を介してスラスタ１１０に供給することに
より、スラスタ１１０が作動されてタンク本体１０に対
していずれかの方向に加速力が加えられ、推薬Ｌ（液相
ＬＬ）は慣性に従いタンク本体１０内のいずれかの方向
に移動して内壁面に付着する。例えば、図１に示すよう
に図の下方に向かう加速力Ｆがタンク本体１０に対して
加えられたときには、液相ＬＬは慣性に従いタンク本体
１０内の図の上方側に移動するので、推薬供給管２６を
介してスラスタ１１０に推薬Ｌを供給することができ
る。なお、推薬供給管２６は、スラスタ１１０の作動方
向により、液相ＬＬの排出に適切な箇所に設置されてい
る。
薬供給管２５を介してスラスタ１１０に供給することに
より、スラスタ１１０が作動されてタンク本体１０に対
していずれかの方向に加速力が加えられ、推薬Ｌ（液相
ＬＬ）は慣性に従いタンク本体１０内のいずれかの方向
に移動して内壁面に付着する。例えば、図１に示すよう
に図の下方に向かう加速力Ｆがタンク本体１０に対して
加えられたときには、液相ＬＬは慣性に従いタンク本体
１０内の図の上方側に移動するので、推薬供給管２６を
介してスラスタ１１０に推薬Ｌを供給することができ
る。なお、推薬供給管２６は、スラスタ１１０の作動方
向により、液相ＬＬの排出に適切な箇所に設置されてい
る。
【００３０】なお、前記実施形態において示した各構成
部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の
趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種
々変更可能である。図示のものではタンク本体は円筒状
に形成されているが、これを球状に形成し、液体が遠心
力により球面上を旋回されるような構成であってもよ
い。
部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の
趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種
々変更可能である。図示のものではタンク本体は円筒状
に形成されているが、これを球状に形成し、液体が遠心
力により球面上を旋回されるような構成であってもよ
い。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る液
体用タンクによれば、タンク本体に流入した液体が、遠
心力により円筒状あるいは球状の内壁面に沿って流れる
ことにより、無重力あるいは微少重力環境下において
も、タンク内壁面側が液相、タンク中心側が蒸気相（ア
レッジ）となるように気液分離を行うことができるの
で、タンクから気体だけあるいは液体だけを排出するこ
とが容易となり、また、同時に液体の気化熱によりタン
クを予冷できるので、効率のよい液体の供給排出が実現
できる。
体用タンクによれば、タンク本体に流入した液体が、遠
心力により円筒状あるいは球状の内壁面に沿って流れる
ことにより、無重力あるいは微少重力環境下において
も、タンク内壁面側が液相、タンク中心側が蒸気相（ア
レッジ）となるように気液分離を行うことができるの
で、タンクから気体だけあるいは液体だけを排出するこ
とが容易となり、また、同時に液体の気化熱によりタン
クを予冷できるので、効率のよい液体の供給排出が実現
できる。
【００３２】請求項２に係る液体用タンクによれば、遠
心力によって気液分離されアレッジとなるタンク本体の
略中心付近に向けて液体を噴出することにより、アレッ
ジを効率よく冷却し、凝縮させることができるので、多
くの液体をより容易にタンク本体内に流入させることが
可能となる。
心力によって気液分離されアレッジとなるタンク本体の
略中心付近に向けて液体を噴出することにより、アレッ
ジを効率よく冷却し、凝縮させることができるので、多
くの液体をより容易にタンク本体内に流入させることが
可能となる。
【００３３】請求項３に係る液体用タンクによれば、遠
心力によって気液分離されアレッジとなるタンク本体の
略中心付近とタンク外部を連通させることにより、タン
クから気体だけを排出することが容易に実現できるの
で、より効率のよい液体供給が可能となる。
心力によって気液分離されアレッジとなるタンク本体の
略中心付近とタンク外部を連通させることにより、タン
クから気体だけを排出することが容易に実現できるの
で、より効率のよい液体供給が可能となる。
【００３４】請求項４に係る液体用タンクによれば、タ
ンク本体を真空にしておくことにより、供給側タンクと
の圧力差を大きくとれ、液体供給手段のための動力が少
なくてすみ、より効率のよい液体供給が可能となる。
ンク本体を真空にしておくことにより、供給側タンクと
の圧力差を大きくとれ、液体供給手段のための動力が少
なくてすみ、より効率のよい液体供給が可能となる。
【００３５】請求項５に係る液体用タンクによれば、例
えば人工衛星の姿勢制御スラスタ用燃料タンクとして用
いられる場合、静止状態のスラスタを駆動させる初期駆
動分を液体捕捉機構に捕捉することにより、液体が気液
分離状態である供給時でなくても液体だけを排出するこ
とができるので、さらに効率のよい液体供給が可能とな
る。
えば人工衛星の姿勢制御スラスタ用燃料タンクとして用
いられる場合、静止状態のスラスタを駆動させる初期駆
動分を液体捕捉機構に捕捉することにより、液体が気液
分離状態である供給時でなくても液体だけを排出するこ
とができるので、さらに効率のよい液体供給が可能とな
る。
【００３６】請求項６に係る液体用タンクによれば、断
熱材によって太陽熱などの入熱を遮断してタンク本体の
温度上昇を抑え、供給された液体の揮発を抑制すること
により、タンク内圧の上昇が抑えられるので、より効率
のよい液体供給が可能となる。
熱材によって太陽熱などの入熱を遮断してタンク本体の
温度上昇を抑え、供給された液体の揮発を抑制すること
により、タンク内圧の上昇が抑えられるので、より効率
のよい液体供給が可能となる。
【図１】 本発明に係る液体用タンクの一実施形態を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】 本発明に係る液体用タンクを適用したスラス
タと供給側タンクとの接続を示す概念図である。
タと供給側タンクとの接続を示す概念図である。
【図３】 本発明に係る液体用タンクに液体が供給され
る過程における、供給初め（ａ）、供給途中（ｂ）、供
給終了前（ｃ）を示す断面図である。
る過程における、供給初め（ａ）、供給途中（ｂ）、供
給終了前（ｃ）を示す断面図である。
１００ 推薬タンク（液体用タンク） １０ タンク本体 ２０ 供給管（液体供給手段） ２１ 噴出管（液体噴出手段） ２２ 排気管（気体通路） ２４ 液体トラップ（液体捕捉機構） Ｓ 断熱材 Ｌ 液体（推薬） ＬＬ 液相 ＬＳ アレッジ（蒸気相）
Claims (6)
- 【請求項１】 無重力または微少重力環境に配置される
液体用タンクであって、 円筒状または球状に形成されたタンク本体と、該タンク
本体の内壁面の円周方向に沿って液体を旋回させるよう
に流入させる液体供給手段とを備えることを特徴とする
液体用タンク。 - 【請求項２】 液体を前記タンク本体の略中心付近に向
けて噴出させる液体噴出手段を備えることを特徴とする
請求項１記載の液体用タンク。 - 【請求項３】 前記タンク本体の略中心付近とタンク外
部とを連通させる気体通路を備えることを特徴とする請
求項１または２記載の液体用タンク。 - 【請求項４】 前記タンク本体は、液体の供給に先立っ
て真空に設定されることを特徴とする請求項１から３い
ずれか１項記載の液体用タンク。 - 【請求項５】 前記タンク本体の内部には、供給された
液体を捕捉する液体捕捉機構を備えることを特徴とする
請求項１から４いずれか１項記載の液体用タンク。 - 【請求項６】 前記タンク本体は、外壁を被覆する断熱
材を有することを特徴とする請求項１から５いずれか１
項記載の液体用タンク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001148138A JP4660966B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | 液体用タンク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001148138A JP4660966B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | 液体用タンク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002337798A true JP2002337798A (ja) | 2002-11-27 |
| JP4660966B2 JP4660966B2 (ja) | 2011-03-30 |
Family
ID=18993516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001148138A Expired - Fee Related JP4660966B2 (ja) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | 液体用タンク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4660966B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008054979A1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Columbiana Boiler Company, Llc | Container for transporting and storing hazardous substances and method for making the container |
| JP2009209996A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Ihi Corp | 極低温液化推進薬充填装置及び極低温液化推進薬充填方法 |
| JP2010510922A (ja) * | 2006-11-28 | 2010-04-08 | ザ・ボーイング・カンパニー | 宇宙機に燃料を補給するためのシステムおよび方法 |
| EP2806204A1 (de) * | 2013-05-22 | 2014-11-26 | Astrium GmbH | Tank zur Separation von Flüssigkeiten im Orbit |
| US9108144B2 (en) | 2013-05-21 | 2015-08-18 | Astrium Gmbh | Tank for separating liquid from gas under weightless conditions |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6590502B2 (ja) | 2015-03-31 | 2019-10-16 | 三菱重工業株式会社 | 宇宙航行体用の推進薬タンク及び宇宙航行体 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3923188A (en) * | 1973-12-12 | 1975-12-02 | Rca Corp | Satellite propellant management system |
| US4129146A (en) * | 1977-05-13 | 1978-12-12 | General Dynamics Corporation | Liquefied gas tank and method of filling |
| JPS63145100U (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-26 | ||
| US4848987A (en) * | 1988-08-16 | 1989-07-18 | Administrator, National Aeronautics And Space Administration | Vortex motion phase separator for zero gravity liquid transfer |
| US5398515A (en) * | 1993-05-19 | 1995-03-21 | Rockwell International Corporation | Fluid management system for a zero gravity cryogenic storage system |
| US5862670A (en) * | 1997-09-16 | 1999-01-26 | Boeing North American, Inc. | Cyrogenic upper stage for reusable launch vehicle |
| JP2000302198A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-10-31 | Boeing Co:The | 極低温流体冷却方法および極低温流体冷却システム |
-
2001
- 2001-05-17 JP JP2001148138A patent/JP4660966B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3923188A (en) * | 1973-12-12 | 1975-12-02 | Rca Corp | Satellite propellant management system |
| US4129146A (en) * | 1977-05-13 | 1978-12-12 | General Dynamics Corporation | Liquefied gas tank and method of filling |
| JPS63145100U (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-26 | ||
| US4848987A (en) * | 1988-08-16 | 1989-07-18 | Administrator, National Aeronautics And Space Administration | Vortex motion phase separator for zero gravity liquid transfer |
| US5398515A (en) * | 1993-05-19 | 1995-03-21 | Rockwell International Corporation | Fluid management system for a zero gravity cryogenic storage system |
| US5862670A (en) * | 1997-09-16 | 1999-01-26 | Boeing North American, Inc. | Cyrogenic upper stage for reusable launch vehicle |
| JP2000302198A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-10-31 | Boeing Co:The | 極低温流体冷却方法および極低温流体冷却システム |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008054979A1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Columbiana Boiler Company, Llc | Container for transporting and storing hazardous substances and method for making the container |
| JP2010510922A (ja) * | 2006-11-28 | 2010-04-08 | ザ・ボーイング・カンパニー | 宇宙機に燃料を補給するためのシステムおよび方法 |
| JP2009209996A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Ihi Corp | 極低温液化推進薬充填装置及び極低温液化推進薬充填方法 |
| US9108144B2 (en) | 2013-05-21 | 2015-08-18 | Astrium Gmbh | Tank for separating liquid from gas under weightless conditions |
| EP2806204A1 (de) * | 2013-05-22 | 2014-11-26 | Astrium GmbH | Tank zur Separation von Flüssigkeiten im Orbit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4660966B2 (ja) | 2011-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5145062B2 (ja) | 極低温液体および貯蔵可能な燃料を貯蔵するためのタンク | |
| JP5463078B2 (ja) | 低温液体または貯蔵可能な液状の燃料を貯蔵するためのタンク | |
| US20220177166A1 (en) | Spacecraft thermal and fluid management systems | |
| US5901557A (en) | Passive low gravity cryogenic storage vessel | |
| US8893514B2 (en) | Cryogenic liquid storage system for a spacecraft | |
| EP2721278B1 (fr) | Ensemble propulsif cryogénique et procédé d'alimentation d'un réservoir d'un tel ensemble | |
| US3486302A (en) | Zero or reduced gravity storage system for two phase fluid | |
| JP4934672B2 (ja) | 極低温液体用の推進剤タンク | |
| US8769923B2 (en) | Liquid-fuel storage vessel and vapor jet system using the same | |
| EP3133283B1 (en) | Vapor jet system | |
| WO1997004231A1 (en) | Method and apparatus for pressurized feeding of liquid propellants to a rocket engine | |
| US20230068871A1 (en) | Spacecraft Propulsion Devices and Systems with Microwave Excitation | |
| EP2366626B1 (en) | Liquid propellant tank and vapor jet emitting device including same | |
| WO2015174366A1 (ja) | 互いに非可溶性である複数種類の液化ガスを燃料に用いた、長秒時噴射を可能とする蒸気噴射システム | |
| JP2002337798A (ja) | 液体用タンク | |
| JP2016540153A (ja) | 推進剤をロケットエンジン推進室に供給するための装置 | |
| US4829784A (en) | Method and system for storing inert gas for electric impulse space drives | |
| EP2150694B1 (fr) | Dispositif cryotechnique de propulsion dans l'espace et son procédé de commande | |
| FR2616216A1 (fr) | Procede et dispositif pour refroidir par vaporisation un fluide de refroidissement dans un vehicule spatial notamment en apesanteur et/ou pour differentes accelerations | |
| JP7212212B2 (ja) | 吐出装置および吐出方法 | |
| Duchemin et al. | Cryostorage of propellants for electric propulsion | |
| US6470926B1 (en) | Zero gravity liquid-vapor separation system | |
| US11945606B1 (en) | Electric propulsion based spacecraft propulsion systems and methods utilizing multiple propellants | |
| JP2004270552A (ja) | 太陽熱推進システム、及びそれを用いた使用済み人工衛星の自主廃棄方法 | |
| US4356699A (en) | Gas condensation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080227 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100318 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100810 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101026 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101115 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101207 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101220 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140114 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |