JPH0680300B2 - 酸素液化サイクルエンジン - Google Patents
酸素液化サイクルエンジンInfo
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- JPH0680300B2 JPH0680300B2 JP1105364A JP10536489A JPH0680300B2 JP H0680300 B2 JPH0680300 B2 JP H0680300B2 JP 1105364 A JP1105364 A JP 1105364A JP 10536489 A JP10536489 A JP 10536489A JP H0680300 B2 JPH0680300 B2 JP H0680300B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- oxygen
- air
- heat exchanger
- tank
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04975—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the air fractionation unit, e.g. transportable devices by truck or small scale use
- F25J3/04993—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the air fractionation unit, e.g. transportable devices by truck or small scale use for space applications, e.g. for rocket use
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
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- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04254—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using the cold stored in external cryogenic fluids
- F25J3/0426—The cryogenic component does not participate in the fractionation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吸入空気を液体水素と熱交換させて冷却し、
次いで、液体酸素を分離させる酸素液化サイクルエンジ
ンに関する。
次いで、液体酸素を分離させる酸素液化サイクルエンジ
ンに関する。
（従来技術） 重量（ペイロード）を軌道に投入する有効な手段はロケ
ットであるが、現在打上げられているロケットでは、軌
道に投入される重量は、ロケットの発射重量の数％にす
ぎず、その大半は、推進薬の重量によって占められてい
る。このため、推進薬の重量を低減させることは極めて
重要な問題である。
ットであるが、現在打上げられているロケットでは、軌
道に投入される重量は、ロケットの発射重量の数％にす
ぎず、その大半は、推進薬の重量によって占められてい
る。このため、推進薬の重量を低減させることは極めて
重要な問題である。
そこで、LACEは呼ばれる空気液化サイクルエンジンが開
発されている。空気液化サイクルエンジンは、第３図に
示される如く、本体１内に液体水素タンク２と液体酸素
タンク３とを搭載し、両タンク２、３をロケットエンジ
ン４に連結させる構造を有し、両タンク２、３からの液
体水素と液体酸素とを燃焼室にて燃焼し、これを噴射さ
せて推力を得ている。
発されている。空気液化サイクルエンジンは、第３図に
示される如く、本体１内に液体水素タンク２と液体酸素
タンク３とを搭載し、両タンク２、３をロケットエンジ
ン４に連結させる構造を有し、両タンク２、３からの液
体水素と液体酸素とを燃焼室にて燃焼し、これを噴射さ
せて推力を得ている。
第３図に示すエンジンに於いて、酸化剤を液体酸素タン
ク３内の液体酸素だけで供給するのは、推進薬の重量を
増加させ且つタンクを大型化させるので、空気中を飛行
している時には、空気を取入れ、これを液化することが
成される。即ち、空気液化装置５を本体１に取付ける。
空気液化装置は、取り入れた空気を、液体水素で冷却し
て液体空気を作り、この液体空気を液体チッ素と液体酸
素に分離し、液体酸素をロケットエンジンに直接供給し
て酸化剤として用い、液体チッ素を取り入れ空気を冷却
するのに用いている。
ク３内の液体酸素だけで供給するのは、推進薬の重量を
増加させ且つタンクを大型化させるので、空気中を飛行
している時には、空気を取入れ、これを液化することが
成される。即ち、空気液化装置５を本体１に取付ける。
空気液化装置は、取り入れた空気を、液体水素で冷却し
て液体空気を作り、この液体空気を液体チッ素と液体酸
素に分離し、液体酸素をロケットエンジンに直接供給し
て酸化剤として用い、液体チッ素を取り入れ空気を冷却
するのに用いている。
（本発明が解決しようとする課題） 従来の空気液化装置は、取り入れた空気を液化した後、
液体酸素と液体チッ素とに分離させ、分離した液体チッ
素を取り入れた空気と熱交換させることから、これらの
ための装置を必要とし、複雑にして大型化が避けられな
い。
液体酸素と液体チッ素とに分離させ、分離した液体チッ
素を取り入れた空気と熱交換させることから、これらの
ための装置を必要とし、複雑にして大型化が避けられな
い。
それ故に、本発明は、前述した従来技術の不具合を解消
させることを解決すべき課題とする。
させることを解決すべき課題とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は、前述した課題を解決するために、基本的に
は、飛行中に取り入れた空気中の酸素のみを、タービン
により、液化分離するもので、より具体的には、液体水
素タンクと液体酸素タンクからの液体を燃焼させるロケ
ットエンジンと、取り入れ空気を液化する装置とを有
し、前記液化装置が、空気取入口と、前記液体水素タン
クからの液体水素と取り入れ空気とを熱交換する第１の
熱交換器と、該第１の熱交換器によって冷却された空気
より液体酸素を分離するタービンと、液体酸素を分離し
た空気を昇圧する圧縮機と、第１の熱交換器からの液体
水素と前記圧縮機からの昇圧空気とを熱交換する第２の
熱交換器とを有し、前記タービンで分離した液体酸素を
前記液体酸素タンクに供給する酸素液化サイクルエンジ
ンを提供する。
は、飛行中に取り入れた空気中の酸素のみを、タービン
により、液化分離するもので、より具体的には、液体水
素タンクと液体酸素タンクからの液体を燃焼させるロケ
ットエンジンと、取り入れ空気を液化する装置とを有
し、前記液化装置が、空気取入口と、前記液体水素タン
クからの液体水素と取り入れ空気とを熱交換する第１の
熱交換器と、該第１の熱交換器によって冷却された空気
より液体酸素を分離するタービンと、液体酸素を分離し
た空気を昇圧する圧縮機と、第１の熱交換器からの液体
水素と前記圧縮機からの昇圧空気とを熱交換する第２の
熱交換器とを有し、前記タービンで分離した液体酸素を
前記液体酸素タンクに供給する酸素液化サイクルエンジ
ンを提供する。
（作用） 本発明の酸素液化サイクル・エンジンを用いた航空宇宙
機は以下のように酸素液化装置を作動させて飛行する。
機は以下のように酸素液化装置を作動させて飛行する。
航空宇宙機は、全飛行行程に必要な燃料としての液体水
素の全量と液体酸素製造に必要な液体水素、および酸素
液化装置で十分酸素が供給可能な飛行状態に達するまで
にロケット・エンジンを作動させるのに必要な液体酸素
を搭載して離陸する。酸素液化装置が作動する速度、高
度まで到達すると酸素液化装置を作動させ、携行した液
体水素を用いて液体酸素を製造し、液体酸素タンクに補
給する。このとき、製造される液体酸素の質量は消費す
る液体水素の質量の数倍となり飛行時間とともに推進剤
の質量は増加する。酸素液化装置が作動する速度および
高度の範囲を一定時間飛行して、推進剤の質量が軌道到
達に必要な量に達した後、酸素液化装置を停止して速
度、高度を増して目的の軌道に達する。
素の全量と液体酸素製造に必要な液体水素、および酸素
液化装置で十分酸素が供給可能な飛行状態に達するまで
にロケット・エンジンを作動させるのに必要な液体酸素
を搭載して離陸する。酸素液化装置が作動する速度、高
度まで到達すると酸素液化装置を作動させ、携行した液
体水素を用いて液体酸素を製造し、液体酸素タンクに補
給する。このとき、製造される液体酸素の質量は消費す
る液体水素の質量の数倍となり飛行時間とともに推進剤
の質量は増加する。酸素液化装置が作動する速度および
高度の範囲を一定時間飛行して、推進剤の質量が軌道到
達に必要な量に達した後、酸素液化装置を停止して速
度、高度を増して目的の軌道に達する。
（実施例） 本発の一例の酸素液化サイクルエンジンは、第３図に示
すエンジンの空気液化装置を、第１図と第２図に示す酸
素液化装置６に代えたものであるので、第３図に関連す
る部分の説明を省略する。
すエンジンの空気液化装置を、第１図と第２図に示す酸
素液化装置６に代えたものであるので、第３図に関連す
る部分の説明を省略する。
酸素液化装置６は、空気取り入れ口７、取り入れた空気
を酸素液化温度よりやゝ高い温度まで冷却するための第
１の熱交換器８と、冷却空気を酸素液化温度より低温で
且つ窒素液化温度より高温の温度まで冷却すると共に液
化した酸素を分離するタービン９と、酸素を分離した空
気を昇圧するタービン９で駆動される圧縮機10と、圧縮
機10で昇圧した空気と熱交換する第２の熱交換器11と、
空気排出口12と、液体水素タンク２からの液体水素をポ
ンプ13を介して第１の熱交換器８に送り、次いで、第２
の熱交換器11に通した後再び第１の熱交換器に戻しこれ
を排出するダクト14と、およびタービン９により分離さ
せた液体酸素をポンプ15を介して液体酸素タンク３に送
るパイプ16とを有する。
を酸素液化温度よりやゝ高い温度まで冷却するための第
１の熱交換器８と、冷却空気を酸素液化温度より低温で
且つ窒素液化温度より高温の温度まで冷却すると共に液
化した酸素を分離するタービン９と、酸素を分離した空
気を昇圧するタービン９で駆動される圧縮機10と、圧縮
機10で昇圧した空気と熱交換する第２の熱交換器11と、
空気排出口12と、液体水素タンク２からの液体水素をポ
ンプ13を介して第１の熱交換器８に送り、次いで、第２
の熱交換器11に通した後再び第１の熱交換器に戻しこれ
を排出するダクト14と、およびタービン９により分離さ
せた液体酸素をポンプ15を介して液体酸素タンク３に送
るパイプ16とを有する。
第１図に示す酸素液化装置６は、次の如く作動する。空
気取り入れ口７に入った空気は、第１の熱交換器８に適
した流速に減速し静圧を上昇させる。静圧を上昇させた
空気は、ダクト14に通じ且つ液体水素タンク２に通じる
液路17内の液体水素と熱交換し、冷却する。冷却空気
は、タービン９により、膨脹すると共にその全温を酸素
液化温度以下で且つ窒素液化温度より高い温度まで低下
させ、空気中の酸素を液化させ且つ施回流を利用して液
化した酸素を冷却空気から分離する。分離した液体酸素
を、ポンプ15とパイプ16を介して液体酸素タンク３に供
給し、ロケットエンジン４の酸化剤として使用する。タ
ービン９で酸素を分離した残りの低温空気は、圧縮機10
により、大気圧以上に昇圧する。
気取り入れ口７に入った空気は、第１の熱交換器８に適
した流速に減速し静圧を上昇させる。静圧を上昇させた
空気は、ダクト14に通じ且つ液体水素タンク２に通じる
液路17内の液体水素と熱交換し、冷却する。冷却空気
は、タービン９により、膨脹すると共にその全温を酸素
液化温度以下で且つ窒素液化温度より高い温度まで低下
させ、空気中の酸素を液化させ且つ施回流を利用して液
化した酸素を冷却空気から分離する。分離した液体酸素
を、ポンプ15とパイプ16を介して液体酸素タンク３に供
給し、ロケットエンジン４の酸化剤として使用する。タ
ービン９で酸素を分離した残りの低温空気は、圧縮機10
により、大気圧以上に昇圧する。
第１の熱交換器８の液路17に入った液体水素は、矢印で
示す如く、ダクト14を通って、第２の熱交換器11内の液
路18に入り、圧縮機10からの空気と熱交換して、低温化
する。再冷却された液体水素は、第１の熱交換器８内の
液路19に入り、空気取り入れ口７からの空気を冷却す
る。その后、水素排出口20より排気される。
示す如く、ダクト14を通って、第２の熱交換器11内の液
路18に入り、圧縮機10からの空気と熱交換して、低温化
する。再冷却された液体水素は、第１の熱交換器８内の
液路19に入り、空気取り入れ口７からの空気を冷却す
る。その后、水素排出口20より排気される。
第２の熱交換器11を通過した空気は、排出口12より大気
中に吐出される。
中に吐出される。
タービン９を圧縮機10は、タービン前方と圧縮機後方と
の圧力差を利用するので、飛行によるラム圧で作動に十
分な圧力差を発生させる必要がある。このため、酸素液
化装置６は、一定範囲の飛行速度および一定範囲の飛行
高度のみで効率よく作動する。
の圧力差を利用するので、飛行によるラム圧で作動に十
分な圧力差を発生させる必要がある。このため、酸素液
化装置６は、一定範囲の飛行速度および一定範囲の飛行
高度のみで効率よく作動する。
図示しないが、液体水素タンク２と液体酸素タンク３と
からの液体を第１の熱交換器８に通して、取り入れ空気
を冷却させた後、ロケットエンジン４に送るようにして
もよい。
からの液体を第１の熱交換器８に通して、取り入れ空気
を冷却させた後、ロケットエンジン４に送るようにして
もよい。
（効果） 本発明は飛行中に取り入れた空気中の酸素のみを液化す
るもので、タービンで酸素液化および分離を行うため、
熱交換器を小型化でき、酸素を分離後の空気は高温で排
出されるため酸素液化に必要な液体水素も従来の空気液
化サイクル・エンジンより大幅に少なくすることが可能
である。また、製造された液体酸素は、酸素液化装置の
作動時に推進に利用されるだけでなく、機体内に貯蔵さ
れて大気圏外での推進にも利用されるものであり、航空
宇宙機の離陸時の質量を著しく低減することが可能にな
る。
るもので、タービンで酸素液化および分離を行うため、
熱交換器を小型化でき、酸素を分離後の空気は高温で排
出されるため酸素液化に必要な液体水素も従来の空気液
化サイクル・エンジンより大幅に少なくすることが可能
である。また、製造された液体酸素は、酸素液化装置の
作動時に推進に利用されるだけでなく、機体内に貯蔵さ
れて大気圏外での推進にも利用されるものであり、航空
宇宙機の離陸時の質量を著しく低減することが可能にな
る。
第１図は本発明の一例に使用可能な酸素液化装置の断面
図、第２図は酸素液化サイクルエンジンを示す断面図、
第３図は空気液化サイクルエンジンを示す断面図であ
る。 図中:2……液体水素タンク、３……液体酸素タンク、４
……ロケットエンジン、６……酸素液化装置、７……空
気取り入れ口、８、11……熱交換器、９……タービン、
10……圧縮機、17、18、19……液路。
図、第２図は酸素液化サイクルエンジンを示す断面図、
第３図は空気液化サイクルエンジンを示す断面図であ
る。 図中:2……液体水素タンク、３……液体酸素タンク、４
……ロケットエンジン、６……酸素液化装置、７……空
気取り入れ口、８、11……熱交換器、９……タービン、
10……圧縮機、17、18、19……液路。
Claims (2)
- 【請求項１】液体水素タンクと液体酸素タンクからの液
体を燃焼させるロケットエンジンと、取り入れ空気を液
化する装置とを有し、前記液化装置が、空気取入口と、
前記液体水素タンクからの液体水素と、取り入れ空気と
を熱交換する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器によ
って冷却された空気より液体酸素を分離するタービン
と、液体酸素を分離した空気を昇圧する圧縮機と、第１
の熱交換器からの液体水素と前記圧縮機からの昇圧空気
とを熱交換する第２の熱交換器とを有し、前記タービン
で分離した液体酸素を前記液体酸素タンクに供給する酸
素液化サイクルエンジン。 - 【請求項２】前記液体水素タンクと前記液体酸素タンク
とからの液体を前記第１の熱交換器を通した後前記ロケ
ットエンジンに供給する請求項（１）の酸素液化サイク
ルエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1105364A JPH0680300B2 (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 酸素液化サイクルエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1105364A JPH0680300B2 (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 酸素液化サイクルエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02283847A JPH02283847A (ja) | 1990-11-21 |
| JPH0680300B2 true JPH0680300B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=14405670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1105364A Expired - Lifetime JPH0680300B2 (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 酸素液化サイクルエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680300B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2766911B1 (fr) * | 1997-08-04 | 1999-09-03 | Air Liquide | Procede et appareil de transfert de matiere entre un liquide et un gaz s'ecoulant a contre-courant, et vehicule equipe d'un tel appareil |
-
1989
- 1989-04-25 JP JP1105364A patent/JPH0680300B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02283847A (ja) | 1990-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |