JPH0436596A - 熱交換器ならびに空気収集および濃縮システム - Google Patents
熱交換器ならびに空気収集および濃縮システムInfo
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- JPH0436596A JPH0436596A JP2402710A JP40271090A JPH0436596A JP H0436596 A JPH0436596 A JP H0436596A JP 2402710 A JP2402710 A JP 2402710A JP 40271090 A JP40271090 A JP 40271090A JP H0436596 A JPH0436596 A JP H0436596A
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- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
［０００２］
この発明は、熱交換器に関し、かつより特定的には、液
体水素が極超音速の乗物推進システムの高速度空気流を
冷すための主冷却剤流体として使用される、漏れのない
水素／空気熱交換器に関するものである。液体水素燃料
により高いマツハ数で動作するための現代式の極超音速
の航空機は、飽和蒸気に冷された、または液体に凝縮さ
れたラム空気（ｒａｍ ａｉｒ）を推進システムにお
ける燃焼のための酸化剤の源として利用して設計されて
いる。この性質の推進システムは、一般的には液体空気
サイクルエンジン（Ｌｉｑｕｉｄ Ａｉｒ Ｃｙｃ
ｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｓ）またはＬＡＣＥと呼ばれ、カ
リこの開示においてそのように呼ばれるであろう。 ［０００３］ 貯蔵または燃焼より前に酸素により空気を濃縮する他の
システムは、通常それを濃縮装置に入れる前に飽和蒸気
の状態に冷す。これらは、空気収集および濃縮（Ａｉｒ
Ｃｏ１１ｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｒｉｃｈ
ｍｅｎｔ）またはＡＣＥシステムと呼ばれている。この
開示は、空気は酸素により濃縮され、それによって飽和
蒸気として濃縮装置から出てくる「廃」窒素の流れを生
ずることを仮定する。酸素による空気の濃縮は、乗物の
ミッション性能を大いに改良することができることが示
されている（米国特許第３，７５６，０２４号を参照）
。 ［０００４］ 空気は、おおよそ２０％の酸素および８０％の窒素であ
る。それは、ランキン温度で約１８０度で飽和されるよ
うになり、かつ凝縮しはじめ（圧力に依存して）、かつ
飽和された廃窒素は約２０度それより低温である（また
窒素の圧力に依存する）。このＡＣＥシステムの最大の
性能を得るためには、可能な限り多くの空気を冷すため
に、廃窒素の冷却能力も水素燃料のそれも使用すること
が重要である。この発明においては、廃窒素は、また主
予冷器熱交換器における水素および空気の間の安全障壁
としての働きをする。 ［０００５］ 液体水素はまたその蒸気がこの発明の目的である熱交換
器に入る前に濃縮装置における冷媒として使用され、そ
れは飽和された廃窒素蒸気よりわずかな度だけ低温であ
る。この熱交換器の冷端部において窒素または空気が凍
結する可能性はない。 ［０００６］ しかしながら、マツハ３．５を超過する高い飛行速度で
は、入来空気は水素および空気のための自動点火温度よ
り高く（約華氏１０００度）そのため水素および空気流
の間の直接の漏れは、悲劇的な火災または爆発を引き起
こし得る。さらに、任意の速度で、空気流に漏れる水素
は、濃縮装置の性能に悪影響を与えるであろう。この発
明は、酸素による空気の濃縮のための冷凍を与えるため
の′および生成酸素を液化するための液体水素の利点を
維持し、また供給空気流との漏れた水素の１回の失敗の
混合をなくす。 ［０００７］ 予冷器熱変換器においては、同軸の管が、中央のものに
冷水素およびそれらの間の環に不活性窒素ガスがある状
態で利用される。次いで、不活性ガスは、ラム空気によ
り接触された熱交換器表面を冷す。ラム空気は、その飽
和蒸気状態に冷され、酸素は貯蔵または燃焼のために抽
出され、冷窒素は冷却のためであり、かつサイクルは反
復される。したがって、この発明において、このプロセ
スは、さもなくば液体空気サイクル濃縮プロセスの「廃
棄物」である、飽和窒素蒸気の冷媒能力および化学的不
活性の双方を非常に有利に使用する。 ［０００８］ 中央のダクトシステムにおける任意の漏れは、水素を不
活性窒素と混合する。 外部ダクトシステムにおける任意の漏れは、窒素および
空気を混合し、どちらのタイプの故障からも燃焼は結果
として生じない。 ［０００９］ この発明の好ましい実施例が不活性流体として窒素、ガ
スを有するＡＣＥシステムにおける用法として示される
が、ここに示される同軸の管の配置は、そこにおいて作
用流体の加熱または冷却のための主温度制御流体は作用
流体に反応性である種々のシステムに応用できる。その
ようなシステムは、原子炉における「液体ナトリウム／
水」ヒータとして使用するものおよびそこでは高度に反
応性の成分が、一方が他方のための温度制御装置として
の状態で最も有効に処理される化学産業における多くの
プロセスのためのものを含む。 ［００１０］
体水素が極超音速の乗物推進システムの高速度空気流を
冷すための主冷却剤流体として使用される、漏れのない
水素／空気熱交換器に関するものである。液体水素燃料
により高いマツハ数で動作するための現代式の極超音速
の航空機は、飽和蒸気に冷された、または液体に凝縮さ
れたラム空気（ｒａｍ ａｉｒ）を推進システムにお
ける燃焼のための酸化剤の源として利用して設計されて
いる。この性質の推進システムは、一般的には液体空気
サイクルエンジン（Ｌｉｑｕｉｄ Ａｉｒ Ｃｙｃ
ｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｓ）またはＬＡＣＥと呼ばれ、カ
リこの開示においてそのように呼ばれるであろう。 ［０００３］ 貯蔵または燃焼より前に酸素により空気を濃縮する他の
システムは、通常それを濃縮装置に入れる前に飽和蒸気
の状態に冷す。これらは、空気収集および濃縮（Ａｉｒ
Ｃｏ１１ｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｒｉｃｈ
ｍｅｎｔ）またはＡＣＥシステムと呼ばれている。この
開示は、空気は酸素により濃縮され、それによって飽和
蒸気として濃縮装置から出てくる「廃」窒素の流れを生
ずることを仮定する。酸素による空気の濃縮は、乗物の
ミッション性能を大いに改良することができることが示
されている（米国特許第３，７５６，０２４号を参照）
。 ［０００４］ 空気は、おおよそ２０％の酸素および８０％の窒素であ
る。それは、ランキン温度で約１８０度で飽和されるよ
うになり、かつ凝縮しはじめ（圧力に依存して）、かつ
飽和された廃窒素は約２０度それより低温である（また
窒素の圧力に依存する）。このＡＣＥシステムの最大の
性能を得るためには、可能な限り多くの空気を冷すため
に、廃窒素の冷却能力も水素燃料のそれも使用すること
が重要である。この発明においては、廃窒素は、また主
予冷器熱交換器における水素および空気の間の安全障壁
としての働きをする。 ［０００５］ 液体水素はまたその蒸気がこの発明の目的である熱交換
器に入る前に濃縮装置における冷媒として使用され、そ
れは飽和された廃窒素蒸気よりわずかな度だけ低温であ
る。この熱交換器の冷端部において窒素または空気が凍
結する可能性はない。 ［０００６］ しかしながら、マツハ３．５を超過する高い飛行速度で
は、入来空気は水素および空気のための自動点火温度よ
り高く（約華氏１０００度）そのため水素および空気流
の間の直接の漏れは、悲劇的な火災または爆発を引き起
こし得る。さらに、任意の速度で、空気流に漏れる水素
は、濃縮装置の性能に悪影響を与えるであろう。この発
明は、酸素による空気の濃縮のための冷凍を与えるため
の′および生成酸素を液化するための液体水素の利点を
維持し、また供給空気流との漏れた水素の１回の失敗の
混合をなくす。 ［０００７］ 予冷器熱変換器においては、同軸の管が、中央のものに
冷水素およびそれらの間の環に不活性窒素ガスがある状
態で利用される。次いで、不活性ガスは、ラム空気によ
り接触された熱交換器表面を冷す。ラム空気は、その飽
和蒸気状態に冷され、酸素は貯蔵または燃焼のために抽
出され、冷窒素は冷却のためであり、かつサイクルは反
復される。したがって、この発明において、このプロセ
スは、さもなくば液体空気サイクル濃縮プロセスの「廃
棄物」である、飽和窒素蒸気の冷媒能力および化学的不
活性の双方を非常に有利に使用する。 ［０００８］ 中央のダクトシステムにおける任意の漏れは、水素を不
活性窒素と混合する。 外部ダクトシステムにおける任意の漏れは、窒素および
空気を混合し、どちらのタイプの故障からも燃焼は結果
として生じない。 ［０００９］ この発明の好ましい実施例が不活性流体として窒素、ガ
スを有するＡＣＥシステムにおける用法として示される
が、ここに示される同軸の管の配置は、そこにおいて作
用流体の加熱または冷却のための主温度制御流体は作用
流体に反応性である種々のシステムに応用できる。その
ようなシステムは、原子炉における「液体ナトリウム／
水」ヒータとして使用するものおよびそこでは高度に反
応性の成分が、一方が他方のための温度制御装置として
の状態で最も有効に処理される化学産業における多くの
プロセスのためのものを含む。 ［００１０］
ＡＣＥシステムは、ＡＣＥ熱交換器のための特有の配置
を規定する、エイ・ゲイ（Ａ、Ｇａｙ）氏らの米国特許
第３，７５６，０２４号において論議される。 ０２４号における冷窒素は、主冷器区分の熱交換器にお
ける水素に加えてラム空気のための冷却剤として使用さ
れる。 ０２４号における水素の漏れは、なおもし万一
それらが高温度ラム空気の近くであるかまたはその近く
の区域に移動すれば制御および爆発の危険の問題を提起
する。この発明の不活性流体分離システムは、 ０２
４号のエンジンにおいて存在しないが、もしその発明に
組入れられれば主要な改良を含むであろう。 ［００１１］ シー・ビルダー（Ｃ，Ｂｕ ｉ １ ｄｅｒ）氏らの米
国特許第３，７７５，９７７号の液体空気エンジンは、
また入来空気のための予冷器を利用するが、この発明の
冷たい水素および窒素の分離の組合わせを使用しない。 ［００１２］
を規定する、エイ・ゲイ（Ａ、Ｇａｙ）氏らの米国特許
第３，７５６，０２４号において論議される。 ０２４号における冷窒素は、主冷器区分の熱交換器にお
ける水素に加えてラム空気のための冷却剤として使用さ
れる。 ０２４号における水素の漏れは、なおもし万一
それらが高温度ラム空気の近くであるかまたはその近く
の区域に移動すれば制御および爆発の危険の問題を提起
する。この発明の不活性流体分離システムは、 ０２
４号のエンジンにおいて存在しないが、もしその発明に
組入れられれば主要な改良を含むであろう。 ［００１１］ シー・ビルダー（Ｃ，Ｂｕ ｉ １ ｄｅｒ）氏らの米
国特許第３，７７５，９７７号の液体空気エンジンは、
また入来空気のための予冷器を利用するが、この発明の
冷たい水素および窒素の分離の組合わせを使用しない。 ［００１２］
この発明の漏れのない水素／空気熱交換器は、極超音速
の航空宇宙の果物の空気入口ダクトを横切った間隔をあ
けられた場所に配置された複数個の冷却管を与える。こ
れらの管に衝突するラム空気は、迅速にかつ進歩的に冷
され、そのためラム空気はそれからラム空気がなるガス
の飽和蒸気になる。 ［００１３］ この「チラー」操作のために使用される管は、独特の性
質のものである。各管は内部管状部材および外部のもの
を有し、それらの間には不活性流体、すなわち水素の燃
焼を支持しないものの封じ込めのために設計された環が
あり、−次流体は内部管要素を介して輸送され、または
空気と共に、流体は外部管部材により冷却される。 ［００１４］ 管要素の大きさは、流体の通過の速度および作用流体の
温度に従って可変の設計である。関係した熱交換器のす
べてのパラメータは、乗物に依存し、かつ大きさおよび
他のシステムパラメータは果物のミッション要求により
設定されるべきである。 ［００１５］ 内部管部材は主冷却剤を含み、それは、この発明のＡＣ
Ｅシステムのためには冷水素ガスであろう。水素ガスは
含むのが困難であり、かつこの応用における水素の温度
範囲はその導管のために使用されるほとんどの金属に応
力が多いので導管からの水素の蒸気の漏れは連続する脅
威である。そのような漏れが水素とラム空気の酸素との
混合物を許容することを防ぐために、窒素蒸気またはガ
スのような不活性流体のエンベロープが水素導管の周囲
に維持される。水素ダクトの漏れは、水素を不活性窒素
の流れに与え、また窒素導管からラム空気の流れへの漏
れは爆発の恐れを提起しないであろう。 ［００１６］ 複数個の同心形の管は、乗物のエンジンの空気入口ダク
トを横切ってまたは別個の熱交換器において、そのダク
トに流れる空気が外部要素の冷表面と接触するようにな
るような目的のために整列される。窒素ガスのような不
活性流体は、外部管システムを介して循環させられ、そ
の外部表面に衝突する熱空気から熱を吸収し、かつこの
熱のいくらかをその中心におけるより冷たい水素ダクト
に伝達する。 ［００１７］ 飽和状態が確立された後で、酸素は入来空気から分離さ
れ、液化され、かつ貯蔵タンクまたは燃焼室に送られ、
また冷窒素および他の成分は、ラム空気のさらなる冷却
のために熱交換器を介して循環される。 ［００１８］ したがって、この発明の目的は、冷却される空気からの
水素の分離を保証して冷たい水素および窒素を主冷却剤
として使用して、高温のラム空気を液化温度に予冷する
ための水素／空気熱交換器を提供することである。 ［００１９］ 上の目的は、添付の図面に示されるように一次冷却剤導
管の周囲の不活性ガスの環状の流れを介して達成される
。 （ｏｏｚｏ）
の航空宇宙の果物の空気入口ダクトを横切った間隔をあ
けられた場所に配置された複数個の冷却管を与える。こ
れらの管に衝突するラム空気は、迅速にかつ進歩的に冷
され、そのためラム空気はそれからラム空気がなるガス
の飽和蒸気になる。 ［００１３］ この「チラー」操作のために使用される管は、独特の性
質のものである。各管は内部管状部材および外部のもの
を有し、それらの間には不活性流体、すなわち水素の燃
焼を支持しないものの封じ込めのために設計された環が
あり、−次流体は内部管要素を介して輸送され、または
空気と共に、流体は外部管部材により冷却される。 ［００１４］ 管要素の大きさは、流体の通過の速度および作用流体の
温度に従って可変の設計である。関係した熱交換器のす
べてのパラメータは、乗物に依存し、かつ大きさおよび
他のシステムパラメータは果物のミッション要求により
設定されるべきである。 ［００１５］ 内部管部材は主冷却剤を含み、それは、この発明のＡＣ
Ｅシステムのためには冷水素ガスであろう。水素ガスは
含むのが困難であり、かつこの応用における水素の温度
範囲はその導管のために使用されるほとんどの金属に応
力が多いので導管からの水素の蒸気の漏れは連続する脅
威である。そのような漏れが水素とラム空気の酸素との
混合物を許容することを防ぐために、窒素蒸気またはガ
スのような不活性流体のエンベロープが水素導管の周囲
に維持される。水素ダクトの漏れは、水素を不活性窒素
の流れに与え、また窒素導管からラム空気の流れへの漏
れは爆発の恐れを提起しないであろう。 ［００１６］ 複数個の同心形の管は、乗物のエンジンの空気入口ダク
トを横切ってまたは別個の熱交換器において、そのダク
トに流れる空気が外部要素の冷表面と接触するようにな
るような目的のために整列される。窒素ガスのような不
活性流体は、外部管システムを介して循環させられ、そ
の外部表面に衝突する熱空気から熱を吸収し、かつこの
熱のいくらかをその中心におけるより冷たい水素ダクト
に伝達する。 ［００１７］ 飽和状態が確立された後で、酸素は入来空気から分離さ
れ、液化され、かつ貯蔵タンクまたは燃焼室に送られ、
また冷窒素および他の成分は、ラム空気のさらなる冷却
のために熱交換器を介して循環される。 ［００１８］ したがって、この発明の目的は、冷却される空気からの
水素の分離を保証して冷たい水素および窒素を主冷却剤
として使用して、高温のラム空気を液化温度に予冷する
ための水素／空気熱交換器を提供することである。 ［００１９］ 上の目的は、添付の図面に示されるように一次冷却剤導
管の周囲の不活性ガスの環状の流れを介して達成される
。 （ｏｏｚｏ）
図１は、従来の予冷器１０および１２を利用する典型的
な現行技術のＡＣＥシステムの概略図を示し、それによ
って液体または冷蒸気水素（または代わりの寒剤燃料）
は、レザバー１４からセパレータ１６および主冷器１８
のような条件付け（ｃｏｎｄｉｔ ｉｏｎｉｎｇ）装置
を介して循環される。冷水素は、それがセパレータ１６
における窒素還流冷却器における熱を吸収し、かつ窒素
の液体−蒸気飽和温度よりわずかに冷たいセパレータか
ら出てくるような態様において、装置１６および１８に
送られる。 ［００２１］ ラム空気２４は、熱交換器２０および４０として組合わ
せられる予冷器１０および１２に入れられ、それはシス
テムの入口からであり、そこでは冷水素燃料蒸気および
冷窒素ガスはそれを予冷器１０において冷すために使用
される。予冷された空気は、第２の熱交換器手段１８を
介して通過させられ、そこではそれはその飽和蒸気状態
に冷され、かつセパレータ１６に通過させられる。 ［００２２］ セパレータ１６においては、冷水素ガスおよび適正な蒸
留装置は、空気分離プロセスを完全にし、かつ窒素よ１
りかなり高い温度で液化される空気の酸素は、出されか
つそれの使用ターミナル２２に送られる。次いで、飽和
窒素蒸気は窒素予冷器１２にポンプで送られ、そこでは
それは水素予冷器１０と関連してラム空気２４を冷やす
ために働く。より多くの空気が液化されるにつれて、そ
れのおおよそ８０パーセントを含む窒素は、予冷器２０
における冷却剤としての使用の後でスラストを発生する
ために外に排出される。図２において概略化される発明
内の主な利点は、ラム空気２４および冷水素ガス導管１
１が直接にインタフェースするとして示すことにより、
図１において明らかにされる。導管１１における漏れは
、ラム空気２４を水素と混合し、爆発性混合物を形成す
ることを結果として生ずるであろう。 ［００２３］ 図２は、異なった形式の予冷器４０を図式化する。予冷
器４０においては、ラム空気２４は、図３および図４に
おいて示されるように冷窒素ガス３４の管に包まれた冷
水素導管３２の管状アレイの上を通過させられる。予冷
器４０中のマニホルト３６において、冷水素は内部管部
材３２へと供給される。マニホルド３６は、マルホルド
の一方の側部を規定するヘッダ閉鎖シート４６を有する
。マニホルド３６の他方の側部は冷窒素マニホルド３８
の閉鎖シート４８を含む。水素管３２は入口シート４２
から始まる。冷水素ガスは主冷器１８の導管１１を通っ
てマルホルド３６に入れられる。（図２参照）入口シー
ト４２は冷窒素マニホルド３８のヘッダ閉鎖シート４８
としてもまた使われる。水素管３２はシート４２／４８
に密閉して固定され、マニホルド３８を介して直接管３
４の中へ通り、管３４は窒素入口シート４４と一体であ
る。２８（図３）の温水素が最終の推進使用のために燃
焼室にポンプで送り返されるまで、管３２はマニホルド
３６でのそれらの初めから窒素ガスにより完全に囲まれ
ている。マニホルド３６および３８は様々な形状や寸法
のものでもよいが、この発明の主たる特徴は図３で示さ
れているように、水素ガスは窒素ガスの外被によってラ
ム空気２４から常に断絶されているということである。 圧縮器および遠心ポンプ（図示せず）のような流体ポン
プ手段は、ＡＣＥ／ＬＡＣＥシステムを介して流体を輸
送するのに使われてもよい。冷窒素ガスは管３２および
３４の間の環状区域を流れ、空気２４は外部管部材３４
を渡って流れる。エアー２４は管３４の外部表面に当た
る衝撃で冷却される一方、管３２の冷水素ガスは管３４
で窒素を冷却する。ラム空気から伝達された熱の一部分
は冷窒素に吸収され、残りはより冷たい水素に伝達され
、結果として加熱された窒素と水素は推進使用のための
燃焼室に送られる。 ［００２４］ 予冷器４０の中の冷却管のどの１つの故障も、管３２か
ら漏れる水素が周囲の管３４の窒素と混合するというフ
ェールセーフタイプになっているということが容易にわ
かる。非常に反応性のある水素の爆発性危険が、予冷器
管３４中の不活性窒素によるそれの効果的カプセル封止
を介して大いに減少されるように、管３４からの窒素の
漏れはラム空気２４と害なく混合する。水素は最高圧力
にあることをかつ窒素の圧力はラム空気の圧力よりもわ
ずかに高くあることをシステム考慮は要求する。 ［００２５］ 予冷器４０において実施された技術は、この開示の水素
のような主たる化学剤が高度にそれに反応性のある作用
化合物を条件付けるために用Ｘ／）られる化学的フロー
プロセスに移転可能である。不活性物質はフェールセー
フ形式の動作のためにこの２つの物質量に注入されるこ
とが可能であろう。このようなシステムは液体ナトリウ
ムに基づいた高圧蒸気発生の動作において必要である。 主要熱源としての液体ナトリウムの使用は、水と高度に
反応性のあるナトリウムを用ＸＪ）たこのような使用を
例証し、この開示のフェールセーフの利点を達成するた
めに、その高い液体温度は不活性材料、すなわちナトリ
ウムまたは水と反応しなり）、たとえばヘリウムガスの
アレイを介して通過させることが可能であろう。
な現行技術のＡＣＥシステムの概略図を示し、それによ
って液体または冷蒸気水素（または代わりの寒剤燃料）
は、レザバー１４からセパレータ１６および主冷器１８
のような条件付け（ｃｏｎｄｉｔ ｉｏｎｉｎｇ）装置
を介して循環される。冷水素は、それがセパレータ１６
における窒素還流冷却器における熱を吸収し、かつ窒素
の液体−蒸気飽和温度よりわずかに冷たいセパレータか
ら出てくるような態様において、装置１６および１８に
送られる。 ［００２１］ ラム空気２４は、熱交換器２０および４０として組合わ
せられる予冷器１０および１２に入れられ、それはシス
テムの入口からであり、そこでは冷水素燃料蒸気および
冷窒素ガスはそれを予冷器１０において冷すために使用
される。予冷された空気は、第２の熱交換器手段１８を
介して通過させられ、そこではそれはその飽和蒸気状態
に冷され、かつセパレータ１６に通過させられる。 ［００２２］ セパレータ１６においては、冷水素ガスおよび適正な蒸
留装置は、空気分離プロセスを完全にし、かつ窒素よ１
りかなり高い温度で液化される空気の酸素は、出されか
つそれの使用ターミナル２２に送られる。次いで、飽和
窒素蒸気は窒素予冷器１２にポンプで送られ、そこでは
それは水素予冷器１０と関連してラム空気２４を冷やす
ために働く。より多くの空気が液化されるにつれて、そ
れのおおよそ８０パーセントを含む窒素は、予冷器２０
における冷却剤としての使用の後でスラストを発生する
ために外に排出される。図２において概略化される発明
内の主な利点は、ラム空気２４および冷水素ガス導管１
１が直接にインタフェースするとして示すことにより、
図１において明らかにされる。導管１１における漏れは
、ラム空気２４を水素と混合し、爆発性混合物を形成す
ることを結果として生ずるであろう。 ［００２３］ 図２は、異なった形式の予冷器４０を図式化する。予冷
器４０においては、ラム空気２４は、図３および図４に
おいて示されるように冷窒素ガス３４の管に包まれた冷
水素導管３２の管状アレイの上を通過させられる。予冷
器４０中のマニホルト３６において、冷水素は内部管部
材３２へと供給される。マニホルド３６は、マルホルド
の一方の側部を規定するヘッダ閉鎖シート４６を有する
。マニホルド３６の他方の側部は冷窒素マニホルド３８
の閉鎖シート４８を含む。水素管３２は入口シート４２
から始まる。冷水素ガスは主冷器１８の導管１１を通っ
てマルホルド３６に入れられる。（図２参照）入口シー
ト４２は冷窒素マニホルド３８のヘッダ閉鎖シート４８
としてもまた使われる。水素管３２はシート４２／４８
に密閉して固定され、マニホルド３８を介して直接管３
４の中へ通り、管３４は窒素入口シート４４と一体であ
る。２８（図３）の温水素が最終の推進使用のために燃
焼室にポンプで送り返されるまで、管３２はマニホルド
３６でのそれらの初めから窒素ガスにより完全に囲まれ
ている。マニホルド３６および３８は様々な形状や寸法
のものでもよいが、この発明の主たる特徴は図３で示さ
れているように、水素ガスは窒素ガスの外被によってラ
ム空気２４から常に断絶されているということである。 圧縮器および遠心ポンプ（図示せず）のような流体ポン
プ手段は、ＡＣＥ／ＬＡＣＥシステムを介して流体を輸
送するのに使われてもよい。冷窒素ガスは管３２および
３４の間の環状区域を流れ、空気２４は外部管部材３４
を渡って流れる。エアー２４は管３４の外部表面に当た
る衝撃で冷却される一方、管３２の冷水素ガスは管３４
で窒素を冷却する。ラム空気から伝達された熱の一部分
は冷窒素に吸収され、残りはより冷たい水素に伝達され
、結果として加熱された窒素と水素は推進使用のための
燃焼室に送られる。 ［００２４］ 予冷器４０の中の冷却管のどの１つの故障も、管３２か
ら漏れる水素が周囲の管３４の窒素と混合するというフ
ェールセーフタイプになっているということが容易にわ
かる。非常に反応性のある水素の爆発性危険が、予冷器
管３４中の不活性窒素によるそれの効果的カプセル封止
を介して大いに減少されるように、管３４からの窒素の
漏れはラム空気２４と害なく混合する。水素は最高圧力
にあることをかつ窒素の圧力はラム空気の圧力よりもわ
ずかに高くあることをシステム考慮は要求する。 ［００２５］ 予冷器４０において実施された技術は、この開示の水素
のような主たる化学剤が高度にそれに反応性のある作用
化合物を条件付けるために用Ｘ／）られる化学的フロー
プロセスに移転可能である。不活性物質はフェールセー
フ形式の動作のためにこの２つの物質量に注入されるこ
とが可能であろう。このようなシステムは液体ナトリウ
ムに基づいた高圧蒸気発生の動作において必要である。 主要熱源としての液体ナトリウムの使用は、水と高度に
反応性のあるナトリウムを用ＸＪ）たこのような使用を
例証し、この開示のフェールセーフの利点を達成するた
めに、その高い液体温度は不活性材料、すなわちナトリ
ウムまたは水と反応しなり）、たとえばヘリウムガスの
アレイを介して通過させることが可能であろう。
【図１】
予冷器のために遮蔽されない冷水素導管を使用する、Ａ
ＣＥシステムの概略図を示す。
ＣＥシステムの概略図を示す。
【図２】
漏れのない予冷装置を与えるために修正された図１のＡ
ＣＥシステムの概略を示す。
ＣＥシステムの概略を示す。
【図３】
漏れのない水素／空気熱交換器の形状を示す。
【図４】
図３の熱交換器の入口／出口マニホルドの物理的界面を
示す。
示す。
１０ 予冷器
１２ 予冷器
１４ レザバー
１６ セパレータ
１８ 主冷器
２０ 熱交換器
３２ 内部管部材
３４ 外部管部材
３６ マニホルド
マニホルド
熱交換器
■七■平４−３６５９１； （，１（Ｊ〕
図面
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
Claims (3)
- 【請求項１】ＡＣＥ推進システムの空気入口ダクトにお
ける漏れなし−水素／空気熱交換器であって、前記空気
入口ダクトを横切って配列された複数個の一般的に同心
形の互いに間隔をあけられた管を含み、前記管の各々は
その間に環状流路を有する内部管部材および外部管部材
を含み、前記内部管部材は第１ダクト手段を介して冷却
水素源および第１循環ポンプ手段に連結され、かつ前記
外部管部材は第２ダクト手段を介して不活性流体源およ
び第２循環ポンプ手段に結合され、 前記外部管部材は、前記空気入口ダクト中の空気との熱
交換関係の外部表面および前記環状流路中の不活性流体
との熱交換関係の内部表面を有し、前記内部管部材は、
前記環状流路中の前記不活性流体との熱交換関係の外部
表面および前記第１ダクト手段の冷水素との熱交換関係
の内部表面を有し、前記内部管部材および第１ダクト手
段は、前記環状流路および前記外部管部材における不活
性流体により前記熱交換器における空気から分離される
、熱交換器。 - 【請求項２】不活性流体は窒素ガスであり、さらに前記
熱交換器から放出された冷たい空気から窒素ガスを分離
し、かつ前記窒素ガスを前記環状流路中の不活性流体と
して再循環させる手段を含む、請求項１に記載の熱交換
器。 - 【請求項３】請求項１に記載の熱交換器を利用する、空
気収集および濃縮システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US452133 | 1989-12-18 | ||
| US07/452,133 US5048597A (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Leak-safe hydrogen/air heat exchanger in an ACE system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436596A true JPH0436596A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2928645B2 JP2928645B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=23795182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2402710A Expired - Lifetime JP2928645B2 (ja) | 1989-12-18 | 1990-12-17 | 熱交換器ならびに空気収集および濃縮システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5048597A (ja) |
| EP (1) | EP0437768B1 (ja) |
| JP (1) | JP2928645B2 (ja) |
| DE (1) | DE69009439T2 (ja) |
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| JP2016513033A (ja) * | 2013-01-22 | 2016-05-12 | エアバス ディフェンス アンド スペース エスアーエス | 極低温回路コンディショニングシステム |
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| JP3524083B2 (ja) * | 2001-11-16 | 2004-04-26 | 核燃料サイクル開発機構 | 中間熱媒体を有するヘリカル型熱交換器 |
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