JP2909242B2 - 推進薬製造貯蔵装置 - Google Patents

推進薬製造貯蔵装置

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JP2909242B2
JP2909242B2 JP3066401A JP6640191A JP2909242B2 JP 2909242 B2 JP2909242 B2 JP 2909242B2 JP 3066401 A JP3066401 A JP 3066401A JP 6640191 A JP6640191 A JP 6640191A JP 2909242 B2 JP2909242 B2 JP 2909242B2
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    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,宇宙空間にて用いる推
進薬製造貯蔵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】推進薬製造貯蔵装置に関しては,本出願
人の先願の発明(出願番号;平成1年特許願第3239
00号)があり、これを図2により説明する。
【0003】図2において、1は水タンクで地上からシ
ャトル等が運んできた水を貯蔵する。2は上記水貯蔵タ
ンク1に配管により接続され水を加圧し圧送するための
ポンプ、3は同ポンプ2を介して上記水貯蔵タンク1よ
り水が供給される水電解装置で、固体高分子電解質を利
用した固体高分子水電解法などにより水を電気分解す
る。4は上記水電解装置3が電線により接続された太陽
熱発電装置で、水電解装置3に電力を供給する装置であ
る。
【0004】6a,6bは上記水電解装置3より水素ガ
スGH2 又は酸素ガスGO2 が供給され、それぞれ水素
ガス中から水分を、酸素ガス中から水分を除去する乾燥
器である。7a,7bはそれぞれ発電機7c,7dが接
続され上記乾燥器6a,6bより高圧の水素ガス又は高
圧の酸素ガスが供給されそれぞれを断熱膨張させて動力
を回収するための動力回収装置として機能する膨張ター
ビンである。8は上記乾燥器6a,6bより水素ガス及
び酸素ガスが供給される複数個の推進装置で、本実施例
の姿勢制御や推進用に使用される。
【0005】9は上記膨張タービン7bより酸素ガスが
供給される酸素液化機で、冷媒ガスであるヘリウム又は
アルコンガスにより上記酸素ガスを冷却液化する熱交換
器12を有している。10は上記熱交換器12が接続さ
れモータ10aを有し上記ヘリウム又はアルゴンガスを
圧縮しブレイトンサイクルを形成する圧縮機、11は上
記ブレイトンサイクル中に設けられヘリウムガス又はア
ルゴンガスの圧縮時に発生する熱を除去するための放熱
器で、冷媒としてフレオン等が使用される。13は上記
ブレイトンサイクル中に設けられ発電機13aが接続さ
れ高圧ヘリウムガス又はアルゴンガスを断熱膨張させ酸
素が液化するために必要な低温ヘリウムガス又はアルゴ
ンガス(酸素の液化温度以下、即ち−183℃以下)を
発生する膨張タービンであり、膨張時に発生する動力は
発電機13aにより回収される。
【0006】14は上記酸素液化機9に配管により接続
され液化した酸素又はスラッシュ状(固液共存状態)の
酸素を貯蓄するための液化酸素タンクで、侵入熱を小さ
くするため外部に断熱材が施工してある。
【0007】15は上記膨張タービン7aより水素ガス
が供給される水素液化機で、冷媒ガスであるヘリウムガ
スにより上記水素ガスを冷却液化する熱交換器18を有
している。16は上記熱交換器18が接続されモータ1
6aを有し上記ヘリウムガスを圧縮しブレイトンサイク
ルを形成する圧縮機、17は上記ブレイトンサイクル中
に設けられヘリウムガスの圧縮時に発生する熱を除去す
るための放熱器で、冷媒としてフレオン等が使用され
る。19は上記ブレイトンサイクル中に設けられ発電機
19aが接続され高圧ヘリウムガスを断熱膨張させ水素
が液化するために必要な低温ヘリウムガス(水素の液化
温度以下即ち−253℃以下)を発生する膨張タービン
であり、膨張時に発生する動力は発電機19aにより回
収される。
【0008】20は上記水素液化機15に配管により接
続され液化した水素又はスラッシュ状の水素を貯蔵する
ための液化水素タンクで、侵入熱を小さくするため外部
に断熱材が施工してある。
【0009】21は上記タンク14,20が配管により
接続され軌道間輸送機へ液体水素、液体酸素を供給する
ための供給部である。
【0010】22は上記タンク14,20が配管により
接続されシステムが太陽光の恩恵を受けない場合(地球
の陰となって太陽光が届かない場合)、即ち、電力補給
が不可能な場合に一時的に電力を供給するための燃料電
池である。上記燃料電池22は、排ガスとして水蒸気又
は水が発生し、発生した水蒸気、水は水タンク1に回収
される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本出願人の先願の発明
においては、酸素または水素液化機9,15の冷媒とし
てヘリウムガスまたはアルゴンガスが使用されていた
が、上記冷媒を圧縮機10,16にて圧縮(昇圧)する
際に発生する圧縮熱は放熱器11,17にて宇宙空間へ
捨てる(放出する)構造となっており、エネルギロスが
大きかった。また、水電解装置3により発生した酸素ガ
スおよび水素ガスに含まれる水分を除去するための乾燥
器6a,6bは長時間運転すると水分の吸着能力が低下
するため、ある一定時間(数100時間程度)経過する
と装置全体を停止して乾燥器を新しいものと交換する
か、乾燥器(吸着剤)を加熱して水分を乾燥器外部へ放
出する(再生する)作業が必要であった。
【0012】上記については、宇宙空間では太陽熱発電
装置の容量(宇宙空間への打上げ能力に制限あり)が限
られること、及び装置全体を一時停止すると再起動まで
に時間がかかり(極低温機器であるため、予冷に時間を
要する)、装置全体の稼動率が低い等の課題があった。
【0013】本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の推進薬製造貯蔵
装置は、太陽熱発電装置が接続された水電解装置、同水
電解装置が接続されそれぞれ酸素ガス及び水素ガスが供
給される酸素液化機及び水素液化機,同酸素液化機及び
水素液化機にそれぞれ接続され冷媒を循環させ放熱器が
設けられた一方と他方の圧縮機を備えた推進薬製造装置
において、上記水電解装置と酸素液化機の間に並列に接
続された複数台の一方の乾燥器、同一方のそれぞれの乾
燥器に設けられそれぞれ一方の圧縮機に並列接続された
一方の熱交換器、上記水電解装置と水素液化機の間に並
列に接続された複数台の他方の乾燥器、および同他方の
それぞれの乾燥器に設けられそれぞれ他方の圧縮機に並
列接続された他方の熱交換器を備えたことを特徴として
いる。
【0015】
【作用】上記において、複数台の一方の乾燥器について
は、その中のいずれかを運転状態としてその乾燥器に水
電解装置より酸素ガスを供給して乾燥させた後、酸素液
化機に供給し、酸素液化機が酸素ガスより熱を奪い液化
する。上記一方の乾燥器の残りのものについては、酸素
液化機にて酸素ガスより奪った熱が冷媒を介してそれぞ
れに設けられた熱交換器に送られ、乾燥器の再生が行わ
れる。
【0016】上記運転状態の乾燥器については、一定時
間運転が行われその水分吸着能力が低下すると、残りの
再生された乾燥器と切換えて使用できるため、装置の連
続運転が可能となる。
【0017】水素液化機に水素ガスを供給する複数台の
他方の乾燥器についても、同様に使用され再生される。
【0018】上記により、本出願人の先願の発明におい
て放熱器より宇宙空間に放出していた熱は乾燥器により
利用されるため、エネルギの有効利用を図ることがで
き、複数台の乾燥器を並列に設けたため装置の連続運転
が可能となる。
【0019】
【実施例】本発明の一実施例を図1に示す。なお、本実
施例においては、水タンク1、加圧用ポンプ2、推進装
置8、酸素液化機9および水素液化機15の内部機器、
液化酸素タンク14、液化水素タンク20、供給部2
1、燃料電池22が設けられているが、図2に示す本出
願人の先願の発明と同様のため、これらについての図1
での図示を省略すると共に、その説明を省略する。
【0020】図1に示す本実施例は、太陽熱発電装置4
より電力が供給される水電解装置3、同水電解装置3よ
り発電機7cが結合された膨張タービン7aを介して水
素ガスGH2 が供給され水素ガスGH2 を液化する水素
液化機15、同水素液化機15に接続されヘリウム又は
アルゴンガスを圧縮しモータ10aが接続され放熱器1
1を有しブレイトンサイクルを形成する圧縮機10、上
記水電解装置3より発電機7dが結合された膨張タービ
ン7bを介して酸素ガスGO2 が供給され酸素ガスGO
2 を液化する酸素液化機9、および同酸素液化機9に接
続されヘリウムガスを圧縮しモータ16aが接続され放
熱器17を有しブレイトンサイクルを形成する圧縮機1
6を備えた推進薬製造貯蔵装置において、上記水電解装
置3と膨張タービン7bの間にそれぞれ入口弁47,4
8と出口弁49,50を介して並列に接続され吸着剤
(例えばシリカゲル等)が充填され放出弁43,44が
設けられた乾燥器31,32、同乾燥器31,32にそ
れぞれ設けられ上記圧縮機10にそれぞれ切換弁35,
36を介して並列接続された熱交換器39,40、上記
水電解装置3と膨張タービン7aの間にそれぞれ入口弁
51,52と出口弁53,54を介して並列に接続され
吸着剤が充填され放出弁45,46が設けられた乾燥器
33,34、および同乾燥器33,34にそれぞれ設け
られ上記圧縮機16にそれぞれ切換弁37,38を介し
て並列接続された熱交換器41,42を備えている。
【0021】上記において、水電解装置3で発生した酸
素ガスは、入口弁47,48、出口弁49,50の開閉
により乾燥器31、乾燥器32のいずれかを通す。例え
ば、乾燥器31に酸素ガスを通して水分を除去する場
合、入口弁47は開、入口弁48は閉、出口弁49は
開、出口弁50は閉とする。このとき、乾燥器31は運
転状態、乾燥器32は再生状態となる。
【0022】圧縮機10にて圧縮され高温となったヘリ
ウムガスまたはアルゴンガスは再生状態の乾燥器32を
高温とするため熱交換器40を通り、放熱器11にて冷
却され、圧縮機の第二段昇圧部へと戻る。乾燥器31は
運転状態であるため、熱交換器39には高温ガスは流さ
ない。従って、切換弁35は閉、切換弁36は開の状態
である。
【0023】乾燥器32の再生は、宇宙空間が高真空雰
囲気であるため、放出弁44を開として、加熱により発
生する水分を乾燥器32の外部に放出することにより行
なうことができる。このとき、運転状態の乾燥器31に
取り付けた放出弁43は閉である。
【0024】装置をある一定時間運転し、乾燥器31の
水分吸着能力が低下した後、乾燥器31を再生状態、乾
燥器32を運転状態とする。このとき、入口弁47は
閉、入口弁48は開、切換弁35は開、切換弁36は
閉、出口弁49は閉、出口弁50は開、放出弁43は
開、放出弁44は閉とする。
【0025】乾燥器31,32をある一定時間毎に運転
状態、再生状態と周期的に繰り返すことにより、装置を
停止することなく連続運転することが可能となる。ま
た、本実施例では乾燥器2個の場合であるが、3個以上
の場合にも同様な方法が可能となる。
【0026】上記においては酸素ガス系について説明し
たが、水素ガス系についても同様である。
【0027】上記により、放熱器より宇宙空間に放出し
ていた熱を乾燥器に利用するため、エネルギの有効利用
を図ることができ、2台の乾燥器を並列に設けたため装
置の連続運転(稼動率の向上)が可能となる。
【0028】
【発明の効果】本発明の推進薬製造貯蔵装置は、水電解
装置と酸素液化機及び水素液化機の間にそれぞれ複数台
の乾燥器を設け、乾燥器の切換使用ができるものとする
ことによって、装置の連続使用を可能とし、またそれぞ
れの乾燥器に熱交換器を設け、圧縮機に接続し、酸素液
化機及び水素液化機の排熱を利用し休止中の乾燥器の再
生を図るものとし、エネルギの有効利用を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の説明図である。
【図2】本出願人の先願の発明の説明図である。
【符号の説明】
3 水電解装置 4 太陽熱発電装置 9 酸素液化機 10 圧縮機 11 放熱器 15 水素液化機 16 圧縮機 17 放熱器 31,32,33,34 乾燥器 35,36,37,38 切換弁 39,40,41,42 熱交換器 43,44,45,46 放出弁 47,48,51,52 入口弁 49,50,53,54 出口弁

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽熱発電装置が接続された水電解装
    置、同水電解装置が接続されそれぞれ酸素ガス及び水素
    ガスが供給される酸素液化機及び水素液化機,同酸素液
    化機及び水素液化機にそれぞれ接続され冷媒を循環させ
    放熱器が設けられた一方と他方の圧縮機を備えた推進薬
    製造装置において、上記水電解装置と酸素液化機の間に
    並列に接続された複数台の一方の乾燥器、同一方のそれ
    ぞれの乾燥器に設けられそれぞれ一方の圧縮機に並列接
    続された一方の熱交換器、上記水電解装置と水素液化機
    の間に並列に接続された複数台の他方の乾燥器、および
    同他方のそれぞれの乾燥器に設けられそれぞれ他方の圧
    縮機に並列接続された他方の熱交換器を備えたことを特
    徴とする推進薬製造貯蔵装置。
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