JP3309535B2 - 衛星推進薬タンク用ヘリウムガス充填装置 - Google Patents

衛星推進薬タンク用ヘリウムガス充填装置

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昌彦 佐藤
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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、衛星推進薬、例えばヒ
ドラジンとNTOが収納されたタンクの内部を所定の圧
力に加圧すべくヘリウムガスをタンクに充填するための
ヘリウムガス充填装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、衛星の推進薬、中でも燃料として
液体を用いる液体ロケットエンジンの推進薬として、例
えば、燃料としてヒドラジン(N2H4)、酸化剤として
NTO(N2O4)を用い、これらを混合、燃焼させて衛
星の推進力を作り出す2液混合型のものが開発されてい
る。この場合、衛星は燃料収納タンク、酸化剤収納タン
クの2つの推進薬タンクを持つが、双方のタンク内には
ヒドラジン、NTOとともに、不活性ガスであるヘリウ
ムガスを予め加圧して充填しておき、この圧力でヒドラ
ジンまたはNTOをエンジン燃焼室に送り出す構造とな
っている。
【0003】そこで、推進薬タンクにヘリウムガスを充
填する際には、ヘリウムボンベから供給される150K
g/cm2G程度の高圧ヘリウムを減圧弁等を通すこと
によりタンク内の所定圧力である32Kg/cm2Gま
で減圧した後、推進薬タンクに充填するようにしてい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、推進薬タン
クへのヘリウムガスの充填に際しては、ロケットの打ち
上げ場に特有の事情、すなわち、ヘリウムガス充填作業
を打ち上げ直前の限られた時間内に、かつ射場という限
られたスペースにおいて行なわなければならないという
事情があり、射場と別個に設けられたガス供給源から2
50Kg/cm2Gもの圧力を有する高圧ヘリウムガス
が配管を通じて射場まで供給される場合がある。そし
て、この場合には、高圧ヘリウムガスを250Kg/c
2Gから32Kg/cm2Gまで減圧してタンク内に充
填する必要が生じてきた。
【0005】ところが、ヘリウムボンベを用いた従来の
充填方法のように、ヘリウムガスを150Kg/cm2
G程度から32Kg/cm2Gまで減圧する場合には特
に問題とならなかったが、さらに高圧の250Kg/c
2Gから32Kg/cm2Gまで減圧しようとすると、
ヘリウムガスはこの範囲では断熱膨張により温度が10
〜20℃も上昇するという性質を持っているため、この
ままタンクに充填するとタンク内のヒドラジンやNTO
の温度が上がり、温度制限範囲を越えてしまう恐れがあ
った。したがって、ヘリウムガスの温度を上昇させるこ
となくヘリウムガスをタンクに充填し得る装置の提供が
望まれていた。
【0006】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、250Kg/cm2Gといった高
圧のヘリウムガス供給源から推進薬タンクにヘリウムガ
スを充填する際に用いて好適な衛星推進薬タンク用ヘリ
ウムガス充填装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の衛星推進薬タンク用ヘリウムガス
充填装置は、所定のタンク内圧力より高圧のヘリウムガ
スを供給するガス供給源からヘリウムガスを前記タンク
に導くための管路と、該管路の途中に設けられ、高圧ヘ
リウムガスを第1の設定圧力まで減圧するための第1の
圧力調整手段と、前記管路における該第1の圧力調整手
段の後段に設けられ、該第1の圧力調整手段により減圧
されたヘリウムガスを前記タンク内圧力までさらに減圧
するための第2の圧力調整手段と、前記管路における前
記第1の圧力調整手段の前段もしくは後段に設けられ、
前記第1の圧力調整手段により減圧される前、もしくは
減圧された後のヘリウムガスを減圧時の温度上昇分に見
合う分冷却するための冷却手段とを具備してなることを
特徴とするものである。
【0008】また、請求項2記載の衛星推進薬タンク用
ヘリウムガス充填装置は、請求項1記載の衛星推進薬タ
ンク用ヘリウムガス充填装置において、前記管路が前記
冷却手段の後段で複数の分岐管路に分岐され、該分岐管
路が、衛星推進薬である複数種の液体が個別に収納され
た複数のタンクにそれぞれ接続されたことを特徴とする
ものである。
【0009】
【作用】請求項1記載の衛星推進薬タンク用ヘリウムガ
ス充填装置においては、圧力調節手段が高圧ガスを2段
階に分けて減圧する。すなわち、第1の圧力調節手段が
ガス供給源から供給された高圧ヘリウムガスを第1の設
定圧力まで減圧し、ついで、第2の圧力調節手段が第1
の圧力調節手段により減圧されたヘリウムガスを所定の
タンク内圧力まで減圧する。この際に、ヘリウムガスに
は断熱膨張による温度上昇が発生するが、第1の圧力調
節手段の前段もしくは後段に設置された冷却手段が前記
の温度上昇に見合う分ヘリウムガスを冷却するので、結
果としては温度上昇はないことになり、衛星推進薬が収
納されたタンク内部の温度を上昇させることなく、ヘリ
ウムガスを充填することができる。
【0010】また、請求項2記載の衛星推進薬タンク用
ヘリウムガス充填装置は、請求項1記載のものと同様、
圧力調節手段が高圧ガスを2段階に分けて減圧するとと
もに、冷却手段がヘリウムガスを冷却するという作用を
有する。一方、前記冷却手段により冷却されたヘリウム
ガスは複数の分岐管路内に分けられ、衛星推進薬である
複数種の液体が個別に収納された複数のタンクにそれぞ
れ導入されることにより、複数のタンクに同時にヘリウ
ムガスを充填することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の衛星推進薬タンク用ヘリウム
ガス充填装置(以下、ヘリウムガス充填装置と略す)の
一実施例を図1を参照して説明する。図1は、システム
の全体構成を示す図であって、図中符号1はヘリウムガ
ス充填装置、2は高圧ヘリウムガス供給源(ガス供給
源)、3、4はそれぞれ推進薬タンクであるヒドラジン
収納タンク(タンク)、NTO収納タンク(タンク)で
ある。
【0012】高圧ヘリウムガス供給源2は圧力250K
g/cm2Gの高圧ヘリウムガスを供給するものであ
り、その高圧ヘリウムガスは、まずヘリウムガス充填装
置1の冷却器5(冷却手段)に導入される。冷却器5
は、高圧ヘリウムガスの供給管路である主配管6(管
路)を氷水槽(図示せず)内を通過させるように配管
し、高圧ヘリウムガスを氷水を冷却媒体として充分に冷
却するように構成されている。
【0013】冷却器5を通過した高圧ヘリウムガスは減
圧弁7(第1の圧力調節手段)に導入される。ここで、
250Kg/cm2Gの高圧ヘリウムガスは100Kg
/cm2G(第1の設定圧力)へと減圧される。そし
て、この減圧弁7の後段で主配管6はヒドラジン側配管
8(分岐管路)、NTO側配管9(分岐管路)のそれぞ
れに分岐され、100Kg/cm2Gの中圧ヘリウムガ
スは、分岐した各配管8、9内を流れるようになる。
【0014】ついで、中圧ヘリウムガスは、ヒドラジン
側配管8、NTO側配管9ともにダイアフラム弁10、
11(第2の圧力調節手段)に導入される。ここで、1
00Kg/cm2Gの中圧ヘリウムガスは32Kg/c
2Gへと減圧される。
【0015】ついで、各ダイアフラム弁10、10を通
過した32Kg/cm2Gのヘリウムガスは、それぞれ
逆止弁11、11、フレキシブルチューブ12、12を
経て、既にヒドラジン13(液体)、NTO14(液
体)が収納されているヒドラジン収納タンク3、または
NTO収納タンク4に充填される。
【0016】本実施例のヘリウムガス充填装置1は、高
圧ヘリウムガス供給源2から各推進薬タンク3、4に導
入するまでの減圧工程を、250Kg/cm2Gから1
00Kg/cm2G、100Kg/cm2Gから32Kg
/cm2Gという2段階に分けて行なうようになってい
る。そして、250Kg/cm2Gから100Kg/c
2Gの減圧工程においてはヘリウムガスの断熱膨張に
よってガス温度が上昇するわけであるが、本装置では、
減圧弁7の前段に冷却器5を設けて、この温度上昇を見
込んだ分だけ冷却されたヘリウムガスが減圧弁7に導入
される構成となっているので、結果としてヘリウムガス
の温度上昇はなく、タンク3、4に充填したときにタン
ク3、4内のヒドラジン13やNTO14の温度が上が
り、温度制限範囲を越えてしまう恐れをなくすことがで
きる。
【0017】また、冷却器5を減圧弁7の前段、すなわ
ちヒドラジン側配管8、NTO側配管9に分岐する前の
主配管6に設ける構成のため、冷却器5が1台で済み、
ヘリウムガス充填装置1全体を小型、低コストとするこ
とができるとともに、冷却器5の保守、点検、整備を容
易にすることができる。さらに、ヘリウムガス充填装置
1は、ロケットの射場に設置するという事情からその先
端部、すなわち推進薬タンク3、4よりの部分になる
程、装置構成が小型、簡単であることが望ましく、その
意味からも冷却器5を減圧弁7の前段に設置することは
大きな効果が得られるものである。
【0018】なお、本実施例においては、冷却器5を減
圧弁7の前段に設ける構成としたが、この構成に代え
て、冷却器5を減圧弁7の後段、かつヒドラジン側配管
8、NTO側配管9に分岐する前の主配管6に設けて断
熱膨張によってガス温度が上昇した後のヘリウムガスを
冷却するようにしてもよい。この場合においても、冷却
器は主配管の分岐前に設置しているため、設置する冷却
器が1台で済みヘリウムガス充填装置全体を小型、低コ
ストとするという前記効果を得ることができる。
【0019】また、本実施例では、冷却器5の冷却媒体
を氷水としたが、この他に、冷却媒体としてドライアイ
スや液体窒素を用いてもよい。ここで、前記冷却器5の
設置位置や冷却媒体の種類については各推進薬タンクの
温度制限範囲に応じて選択することができる。また、推
進薬の種類としては、ヒドラジン13、NTO14の他
にも種々のものに本ヘリウム充填装置を適用することが
できる。このとき、推進薬が2液混合型ではなく、1液
単独の場合には、主管路を分岐させる必要はなく、1本
の管路のみを有する構成とすればよい。
【0020】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項1
記載の衛星推進薬タンク用ヘリウムガス充填装置は、第
1、第2の圧力調節手段がガス供給源から供給された高
圧ヘリウムガスを2段階で所定のタンク内圧力まで減圧
する際に、ヘリウムガスには断熱膨張による温度上昇が
発生するが、冷却手段がその温度上昇分に見合う分だけ
ヘリウムガスを冷却しているので、結果としては温度上
昇はないことになり、タンク内の衛星推進薬の温度が上
がり温度制限範囲を越えてしまう恐れがなく、ヘリウム
ガスを充填することができる。
【0021】また、請求項2記載の衛星推進薬タンク用
ヘリウムガス充填装置は、前記効果に加えて、管路が冷
却手段の後段で複数のタンクに通じる分岐管路に分岐さ
れている構成のため、ヘリウムガスを充填するタンクが
複数であっても冷却手段は1つで済み、ヘリウムガス充
填装置全体を小型、低コストとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である衛星推進薬タンク用ヘ
リウムガス充填装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 衛星推進薬タンク用ヘリウムガス充填装置 2 高圧ヘリウムガス供給源(ガス供給源) 3 ヒドラジン収納タンク(タンク) 4 NTO収納タンク(タンク) 5 冷却器(冷却手段) 6 主配管(管路) 7 減圧弁(第1の圧力調節手段) 8 ヒドラジン側配管(分岐管路) 9 NTO側配管(分岐管路) 10 ダイアフラム弁(第2の圧力調節手段) 13 ヒドラジン(液体) 14 NTO(液体)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布上 喜一 東京都江東区豊洲三丁目2番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (56)参考文献 特開 昭61−96165(JP,A) 特開 平3−130565(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B64G 5/00 B64G 1/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 衛星推進薬である液体が収納されたタン
    クの内部を所定のタンク内圧力に加圧すべくヘリウムガ
    スを前記タンクに充填するためのヘリウムガス充填装置
    であって、 前記タンク内圧力より高圧のヘリウムガスを供給するガ
    ス供給源からヘリウムガスを前記タンクに導くための管
    路と、 該管路の途中に設けられ、高圧ヘリウムガスを第1の設
    定圧力まで減圧するための第1の圧力調整手段と、 前記管路における該第1の圧力調整手段の後段に設けら
    れ、該第1の圧力調整手段により減圧されたヘリウムガ
    スを前記タンク内圧力までさらに減圧するための第2の
    圧力調整手段と、 前記管路における前記第1の圧力調整手段の前段もしく
    は後段に設けられ、前記第1の圧力調整手段により減圧
    される前、もしくは減圧された後のヘリウムガスを減圧
    時の温度上昇分に見合う分冷却するための冷却手段とを
    具備してなることを特徴とする衛星推進薬タンク用ヘリ
    ウムガス充填装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の衛星推進薬タンク用ヘリ
    ウムガス充填装置において、 前記管路が前記冷却手段の後段で複数の分岐管路に分岐
    され、該分岐管路が、衛星推進薬である複数種の液体が
    個別に収納された複数のタンクにそれぞれ接続されたこ
    とを特徴とする衛星推進薬タンク用ヘリウムガス充填装
    置。
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