JP2639843B2 - Airship using hydrogen - Google Patents
Airship using hydrogenInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は水素を用いた飛行船に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an airship using hydrogen.
〔従来の技術〕 水素を使用した飛行船は、飛行高度による気圧の変化
により水素を入れた浮力袋が膨張収縮を繰り返す。例え
ば、高度が3000mになると、浮力袋は30％近く膨張す
る。このため、エンベロープ内から押し出された不活性
ガスを降下時に補給する必要がある。例えば、10,000m3
の小型飛行船の場合、3,000m3もの窒素ガスまたはヘリ
ュームガスを補給する必要がある。そのためには、あら
かじめ、高圧圧縮機と数十本ものガスボンベを積み込ん
でおかなければならない。[Background Art] In an airship using hydrogen, a buoyancy bag containing hydrogen repeatedly expands and contracts due to a change in air pressure according to the flight altitude. For example, at an altitude of 3000m, the buoyancy bag expands by nearly 30%. Therefore, it is necessary to replenish the inert gas pushed out of the envelope when descending. For example, 10,000m 3
For blimp, the need to replenish the 3,000 m 3 things nitrogen gas or Heryumugasu. For that purpose, a high-pressure compressor and dozens of gas cylinders must be loaded in advance.
このガスボンベの積込みによる重量増加を避けるに
は、エンベロープ内にバロネットを設け空気を導入する
以外に方法はないが、このようにすると、エンベロープ
内の不活性ガスの中に空気が漏出し、浮力袋から浸出し
た水素ガスと反応して爆発を起こす危険性がある。There is no other way to avoid the increase in weight due to the loading of the gas cylinder, except to introduce a baronette in the envelope and introduce air.However, in this case, air leaks into the inert gas in the envelope and the buoyancy bag There is a danger of explosion by reacting with hydrogen gas leached from water.
〔発明が解決しようとする課題〕 この発明は、このような従来の問題点を解決するため
になされたもので、エンジンの廃棄ガスを外装と浮力袋
の間の空気に供給することにより、万一、浮力袋から水
素ガスが漏出しても、これを廃棄ガスで希釈排出するこ
とができるとともに、エンジンの廃棄ガスを利用するこ
とにより、浮力に対する負荷となる重い窒素ガスやヘリ
ュームガスのボンベを積載しなくて済む、水素を用いた
飛行船を提供することを目的とする。[Problem to be Solved by the Invention] The present invention has been made to solve such a conventional problem. By supplying waste gas of the engine to the air between the exterior and the buoyancy bag, the present invention has been made. 1.Even if hydrogen gas leaks from the buoyancy bag, it can be diluted and discharged with waste gas, and by using the waste gas of the engine, a heavy nitrogen gas or helium gas cylinder, which is a load on buoyancy, can be loaded. It is an object of the present invention to provide an airship using hydrogen that does not need to be performed.
この発明が提供する水素を用いた飛行船は、外装と水
素を入れる浮力袋の間の空間に不活性ガスとしてエンジ
ンの廃棄ガスを供給する構成の飛行船であって、エンジ
ンの廃棄ガスを冷却する熱交換器と、熱交換器で冷却さ
れて水分の除去された廃棄ガスを前記空間に送給するガ
ス送給管と、廃棄ガスが送給された前記空間内のガス圧
と外気圧の圧力差を一定に保持する外装に設けたガス逆
流防止弁と、外気温の低下にともない外装内に凝縮した
結露水を排出する外装に設けた排水口とを備えているこ
とを特徴とするものである。An airship using hydrogen provided by the present invention is an airship configured to supply an engine waste gas as an inert gas to a space between an exterior and a buoyancy bag for storing the hydrogen, and a heat source for cooling the engine waste gas. An exchanger, a gas supply pipe for supplying waste gas cooled by the heat exchanger and from which moisture has been removed to the space, and a pressure difference between a gas pressure in the space to which the waste gas is supplied and an external pressure. A gas check valve provided on the exterior that keeps the pressure constant, and a drain port provided on the exterior that discharges condensed water condensed in the exterior due to a decrease in outside air temperature. .
この発明においては、前記空間に不活性ガスとしてエ
ンジンの廃棄ガスを供給するようにしたので、浮力袋か
ら浸出した水素ガスを外装外へ排出することができる。
このため、浮力用水素ガスと空気を完全に遮断すること
ができる。In the present invention, since the engine waste gas is supplied to the space as the inert gas, the hydrogen gas leached from the buoyancy bag can be discharged to the outside.
Therefore, the buoyancy hydrogen gas and the air can be completely shut off.
また、廃棄ガスを使用する分だけ、窒素ガス等の不活
性ガスのボンベを積載しなくてよいので、それだけ浮力
に対する負荷を軽減することができる。Further, since it is not necessary to load a cylinder of an inert gas such as a nitrogen gas for the use of the waste gas, the load on the buoyancy can be reduced accordingly.
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は、水素の爆発限界濃度を示すグラフである。図
において、横軸Ｈは水素濃度を、縦軸Ｏは、酸素濃度を
それぞれ示す。Ａ点は空気中での水素の爆発濃度14％を
示す。Ｂ線は廃棄ガス中の酸素濃度を示す。Ｃ線は水素
を含めた全ガス中に酸素濃度を示す。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a graph showing the explosive limit concentration of hydrogen. In the figure, the horizontal axis H indicates the hydrogen concentration, and the vertical axis O indicates the oxygen concentration. Point A indicates an explosion concentration of hydrogen in air of 14%. Line B indicates the oxygen concentration in the waste gas. Line C indicates the oxygen concentration in all gases including hydrogen.
通常、空気中の酸素濃度は21％であり、後述する外装
（エンベロープ）20と浮力袋５の間の空間に空気が充満
している場合は、水素濃度が14％を越えると爆発する
が、空気を廃棄ガスで置換すると、爆発限界は、 となる。Normally, the oxygen concentration in the air is 21%, and when the space between the outer envelope (envelope) 20 and the buoyancy bag 5 described later is filled with air, the explosion occurs when the hydrogen concentration exceeds 14%. Replacing air with waste gas, the explosion limit is Becomes
したがって、不活性ガス中の水素濃度が可成り高くな
っても、酸素の混入が爆発限界未満であれば、安全であ
り、常時廃棄ガスで上記空間を掃気していれば、爆発を
防ぐことは可能である。また、外装20に一部穴があいて
も、内部の圧力の方が高いため、空気の流入を防くこと
は可能である。Therefore, even if the hydrogen concentration in the inert gas is considerably high, it is safe if the oxygen contamination is below the explosion limit, and if the space is constantly scavenged with waste gas, the explosion cannot be prevented. It is possible. Further, even if a part of the exterior 20 has a hole, the pressure inside is higher, so that it is possible to prevent the inflow of air.
第２図は、飛行船の縦断面図である。図中、矢印は水
素および廃棄ガスの流れの方向を示す。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the airship. In the figure, arrows indicate the directions of flow of hydrogen and waste gas.
実施例の飛行船は、水素貯蔵合金２を利用して浮力の
調節を行うため、水素貯蔵合金収納機１を有する。水素
貯蔵合金２としては、次表に示す各種の合金が既に開発
されている。The airship of the embodiment has a hydrogen storage alloy storage machine 1 for adjusting buoyancy using the hydrogen storage alloy 2. As the hydrogen storage alloy 2, various alloys shown in the following table have already been developed.
ミッシュメタル（Mm）は、ランタン（La）25−35％、
セリウム（Ce）40−60％を主成分とし、プラセオジム
（Pr）、ネオジム（Nd）、ガドリニューム（Gd）等の希
土類金属の混合物と鉄（Fe）、マグネシュウム（Mg）、
シリコン（Si）等の微量不純物を含んだ合金である。 Misch metal (Mm) is lantern (La) 25-35%,
The main component is cerium (Ce) 40-60%, a mixture of rare earth metals such as praseodymium (Pr), neodymium (Nd), gadolinium (Gd) and iron (Fe), magnesium (Mg),
An alloy containing trace impurities such as silicon (Si).
マグネシュウムは、水素貯蔵量が最も多く、浮力の調
節用には適している。また、解離圧も１気圧で良く、利
用温度が300度程度で比較的高く、廃棄ガスの熱を使う
のに適している。しかし、反応速度が他の合金に比し３
〜４倍遅いので、始動初期に水素の放出ができない。し
たがって、ランタン、ニッケルまたはミッシュメタル、
ニッケル・アルミニュームと併用すれば、常温での貯蔵
放出が可能である。Magnesium has the highest hydrogen storage capacity and is suitable for adjusting buoyancy. Further, the dissociation pressure may be 1 atm, and the use temperature is relatively high at about 300 ° C., which is suitable for using the heat of waste gas. However, the reaction rate is 3 times higher than other alloys.
Since it is about 4 times slower, hydrogen cannot be released at the beginning of startup. Therefore, lanthanum, nickel or misch metal,
When used in combination with nickel aluminum, it can be stored and released at room temperature.
また、これらの合金は、酸素、２酸化炭素、窒素、メ
タン、水分に対して抵抗力が強く、飛行船用として利用
し易い合金である。合金によっては、標準状態の水素の
約1000倍の水素密度を有し、液体水素と同等以上の密度
で水素を貯蔵することができる。マグネシュウム・ニッ
ケル合金2400Kgsを使用して1000m3の水素を貯蔵する容
器の体積（水素圧10Kgs/cm2）は、約4m3、重量は約５ト
ンで可能であり、約1120Kgsの浮力の調節が可能であ
る。Further, these alloys have high resistance to oxygen, carbon dioxide, nitrogen, methane, and moisture, and are easy to use for airships. Some alloys have a hydrogen density about 1000 times that of standard hydrogen and can store hydrogen at a density equal to or greater than liquid hydrogen. The volume (hydrogen pressure 10Kgs / cm 2 ) of the container storing 1000m 3 of hydrogen using magnesium-nickel alloy 2400Kgs can be about 4m 3 and the weight can be about 5 tons, and the buoyancy of about 1120Kgs can be adjusted. It is possible.
飛行船が上昇する場合は、水素用ポンプ４は、浮力調
節用バルブ３を介して浮力袋５方向へ水素を送る。その
結果、浮力袋５は膨張し、外装20と浮力袋５の間の空間
の不活性ガスは排出される。When the airship rises, the hydrogen pump 4 sends hydrogen toward the buoyancy bag 5 via the buoyancy adjusting valve 3. As a result, the buoyancy bag 5 expands, and the inert gas in the space between the exterior 20 and the buoyancy bag 5 is discharged.
上昇する場合に水素を解離させるには、水素貯蔵合金
容器１を加熱する。この場合は、エンジンの廃棄ガスを
廃棄ガス導入パイプ８より三方弁９を経て第１熱交換器
７へ導入することにより水素貯蔵合金容器１を加熱す
る。To dissociate hydrogen as it rises, the hydrogen storage alloy container 1 is heated. In this case, the hydrogen storage alloy container 1 is heated by introducing the engine waste gas from the waste gas introduction pipe 8 to the first heat exchanger 7 through the three-way valve 9.
加熱により水素貯蔵合金２が解離温度に達すると、水
素が分離し始めて解離圧が発生するので、これをポンプ
４により吸引し浮力袋５に送る。このとき、廃棄ガス
は、まだかなりの熱量を有するので、三方弁10を経て第
２熱交換器12に至り、浮力袋５内の水素を加熱する。外
気温が０度のとき、水素温度を10度高めれば、シャール
の法則により、約3.7％の浮力増となる。When the hydrogen storage alloy 2 reaches the dissociation temperature by heating, hydrogen begins to separate and a dissociation pressure is generated. This is sucked by the pump 4 and sent to the buoyancy bag 5. At this time, since the waste gas still has a considerable amount of heat, it reaches the second heat exchanger 12 through the three-way valve 10 and heats the hydrogen in the buoyancy bag 5. If the outside temperature is 0 ° C, increasing the hydrogen temperature by 10 ° C will increase the buoyancy by about 3.7% according to Charle's law.
水素貯蔵合金２は、水素放出に必要なだけ加熱すれば
よいので、放出を要しなくなった場合は、三方弁9,10を
切り替えて廃棄ガスを、直接、第２熱交換器12の水素加
熱管11に送り、水素の加熱に使用する。Since the hydrogen storage alloy 2 only needs to be heated as necessary for releasing hydrogen, when the release is no longer necessary, the three-way valves 9 and 10 are switched to directly discharge waste gas to the second heat exchanger 12 for hydrogen heating. It is sent to tube 11 and used for heating hydrogen.
廃棄ガスは、外装20の内側での結露を防ぐために外気
温度近くまで冷却する必要がある。このため、まず、廃
棄ガスを第３熱交換器13に送り熱交換器14における外気
との熱交換により外気温近くまで冷却し、ついで、これ
を熱吸収管15に通して加熱する。ここでの熱交換により
廃棄ガス中の水蒸気は凝縮し、水分として分離される。
この凝縮水はドレーンバルブ17を介して排出する。The waste gas needs to be cooled to a temperature close to the outside air temperature in order to prevent dew condensation inside the exterior 20. For this purpose, first, the waste gas is sent to the third heat exchanger 13 and cooled to near the outside temperature by heat exchange with the outside air in the heat exchanger 14, and then the waste gas is passed through the heat absorption pipe 15 to be heated. The heat exchange here condenses the water vapor in the waste gas and separates it as moisture.
This condensed water is discharged via the drain valve 17.
外気温は、飛行船の飛行高度により著しく変化するた
め、上昇に伴って外装20の内側に凝縮水が結露するが、
これはドレーンバルブ22を介して排出する。Since the outside temperature changes significantly depending on the flight altitude of the airship, condensed water condenses inside the exterior 20 with the rise,
This discharges through the drain valve 22.
飛行船が下降する場合は、すなわち、浮力を減少させ
る場合には、水素ガスポンプ４により浮力袋５の水素ガ
スを水素貯蔵合金２に送り込む。合金を水素化するに
は、生成熱を取り去るために合金冷却用パイプ６に冷却
材を流す。このときの生成熱は下記のとおりである。When the airship descends, that is, when the buoyancy is reduced, the hydrogen gas pump 4 sends the hydrogen gas in the buoyancy bag 5 to the hydrogen storage alloy 2. To hydrogenate the alloy, a coolant flows through the alloy cooling pipe 6 to remove the heat of formation. The heat of formation at this time is as follows.
約１トンの浮力減少には、約1000m3の水素の吸収を必
要とし、浮力袋５の容積減少分約1000m3を廃棄ガスだけ
で補充すると、100分を要する。 A reduction in buoyancy of about 1 ton requires absorption of about 1000 m 3 of hydrogen, and it takes 100 minutes to replenish the volume reduction of the buoyancy bag 5 of about 1000 m 3 with waste gas alone.
したがって、時間を短縮するには、不活性ガスを供給
するための補助装置を設け、水素貯蔵を早めた分だけ外
装と浮力袋の間の空間の不活性ガスの補充をするか、ま
たは、エンジンの出力を用いてヘリコプターのように浮
力を増減させることが必要となる。Therefore, in order to shorten the time, an auxiliary device for supplying an inert gas is provided, and the inert gas is replenished in the space between the exterior and the buoyancy bag by an amount corresponding to the accelerated hydrogen storage, or It is necessary to increase or decrease the buoyancy like a helicopter by using the output of.
このようにすると、浮力袋５は収縮し、第３熱交換器
13内の熱吸収管15を通って暖められた廃棄ガスは、外装
20に設置された廃棄ガス導入口16を通って飛行船の外装
20と浮力袋５の間の空間に充填されていく。なお、21
は、外装20と浮力袋５の間に設けた飛行船の骨格（フレ
イム）である。By doing so, the buoyancy bag 5 contracts, and the third heat exchanger
The waste gas warmed through the heat absorption tube 15 inside the
Airship exterior through waste gas inlet 16 installed at 20
The space between 20 and the buoyancy bag 5 is filled. Note that 21
Is a frame of an airship provided between the exterior 20 and the buoyancy bag 5.
両者20,5間の空間において順次押し上げられた廃棄ガ
スは、上部に設置された逆流防止弁18を通って排気管19
より排出される。このように、廃棄ガスが上記空間を下
より上に移動するので、万一水素ガスが浮力袋より漏出
することがあっても、漏出した水素ガスは、常時不活性
ガスで希釈排出される。このため、水素ガスと酸素の反
応によるガス爆発を未然に防ぐことができる。The waste gas sequentially pushed up in the space between the two 20 and 5 passes through the check valve 18 installed at the upper part and the exhaust pipe 19.
Is more exhausted. As described above, since the waste gas moves above and below the space, even if hydrogen gas leaks from the buoyancy bag, the leaked hydrogen gas is always diluted and discharged with the inert gas. Therefore, gas explosion due to the reaction between hydrogen gas and oxygen can be prevented.
ちなみに、例えば4000ccの排気量のエンジンを2500回
転させると、毎分10m3の廃棄ガスで船内の上記空間を掃
気することができる。By the way, for example, when an engine having a displacement of 4000 cc is rotated 2500 times, the space in the ship can be scavenged with 10 m 3 of waste gas per minute.
以上説明したように、この発明によれば、上述のよう
な構成としたので、次の効果を奏する。As described above, according to the present invention, the above-described configuration has the following effects.
（１）浮力袋から水素ガスが漏出しても、これをエンジ
ンの廃棄ガスで希釈排出することができる。(1) Even if hydrogen gas leaks from the buoyancy bag, it can be diluted and discharged with the engine waste gas.
（２）エンジンの廃棄ガスを利用することにより、浮力
に対する負荷となる窒素ガス等の不活性ガスのボンベを
積載する必要がなくなる。(2) By using the waste gas of the engine, there is no need to load a cylinder of an inert gas such as nitrogen gas, which acts as a load on buoyancy.
第１図は水素の爆発限界濃度を示すグラフである。第２
図は実施例の飛行船の構成を示す縦断面図である。 1:水素貯蔵合金容器 2:水素貯蔵合金 3:浮力調節用バルブ 4:水素用ポンプ 5:浮力袋 6:合金冷却用パイプ 7:第１熱交換器 8:排気ガス導入パイプ 9,10:三方弁 11:水素加熱管 12:第２熱交換器 13:第３熱交換器 14:熱交換器 15:熱吸収管 16:排気ガス導入口 17,22:ドレーンバルブ 18:逆流防止弁 19:排気管 20:外装 21:骨格FIG. 1 is a graph showing the explosive limit concentration of hydrogen. Second
The figure is a longitudinal sectional view showing the configuration of the airship of the embodiment. 1: Hydrogen storage alloy container 2: Hydrogen storage alloy 3: Buoyancy control valve 4: Hydrogen pump 5: Buoyancy bag 6: Alloy cooling pipe 7: First heat exchanger 8: Exhaust gas introduction pipe 9, 10: Three-way Valve 11: hydrogen heating tube 12: second heat exchanger 13: third heat exchanger 14: heat exchanger 15: heat absorption tube 16: exhaust gas inlet 17, 22: drain valve 18: check valve 19: exhaust Tube 20: Exterior 21: Skeleton
Claims (1)
活性ガスとしてエンジンの廃棄ガスを供給する構成の飛
行船であって、エンジンの廃棄ガスを冷却する熱交換器
と、熱交換器で冷却されて水分の除去された廃棄ガスを
前記空間に送給するガス送給管と、廃棄ガスが送給され
た前記空間内のガス圧と外気圧の圧力差を一定に保持す
る外装に設けたガス逆流防止弁と、外気温の低下にとも
ない外装内に凝縮した結露水を排出する外装に設けた排
水口とを備えていることを特徴とする水素を用いた飛行
船。An airship configured to supply an engine waste gas as an inert gas to a space between an exterior and a buoyancy bag for storing hydrogen, wherein the heat exchanger cools the engine waste gas, and a heat exchanger. A gas supply pipe for supplying waste gas from which moisture has been removed by cooling to the space, and an exterior for maintaining a constant pressure difference between a gas pressure in the space to which the waste gas is supplied and an external pressure. An airship using hydrogen, comprising: a gas check valve provided; and a drain port provided in an exterior for discharging dew condensation condensed in the exterior due to a decrease in outside air temperature.
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