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JP2000258076A - 流体エジェクタ付極低温液体熱交換器システム - Google Patents

流体エジェクタ付極低温液体熱交換器システム

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Publication number
JP2000258076A
JP2000258076A JP2000053644A JP2000053644A JP2000258076A JP 2000258076 A JP2000258076 A JP 2000258076A JP 2000053644 A JP2000053644 A JP 2000053644A JP 2000053644 A JP2000053644 A JP 2000053644A JP 2000258076 A JP2000258076 A JP 2000258076A
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fluid
reservoir
ejector
cryogenic
atmospheric pressure
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JP2000053644A
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Gene Rogers
ジーン・ロジャース
James F Weber
ジェームズ・エフ・ウェバー
Michael V Merlin
マイケル・ブイ・メルリン
Timothy L Gaynor Iii
ティモシー・エル・ゲイナー・ザ・サード
E Davis John
ジョン・イー・デイビス
David L Gerhardt
デイビッド・エル・ゲルハルト
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Boeing Co
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    • F25B19/02—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour using fluid jet, e.g. of steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/402—Propellant tanks; Feeding propellants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
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    • F25B2341/001—Ejectors not being used as compression device
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器貯留部システムに大気圧未満の圧力
を生成するためのシステムを提供する。 【解決手段】 極低温液体熱交換器システム（１０）は
大気圧以下の貯留部（１４）と、チューブと、イニシャ
ル流体エジェクタ（１２）とを有する。大気圧以下の貯
留部（１４）は真空排気部を有する。チューブは貯留部
（１４）を通って延びる。イニシャル流体エジェクタ
（１２）は貯留部（１４）の真空排気部に機能的に接続
された吸引チャンバ入口を有する。システム（１０）は
直列または並列に１つまたは２つ以上の排気部に接続さ
れた複数の流体エジェクタ（１２）を有してもよい。イ
ニシャル流体エジェクタ（１２）は１つまたは２つ以上
の加圧流体流れを受け、流体流れはスチームであっても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、冷却システムに関し、より特
定的には極低温冷却システムに関する。
【０００２】
【関連技術の説明】スペースシャトル、アトラス／ケン
タウロスおよびデルタなどの、極低温液体酸素および／
または水素を利用する推進システムは、現在では貯蔵タ
ンク施設で燃料供給されており、飛行体タンクの中で後
に冷却するようにされ、環境による熱漏れ、移送ライン
およびタンク壁の温度の低下などによって液体によって
吸収される熱を排除するようにする。より多くの推進質
量がタンクに貯蔵できるように液体密度を高め、さらに
はタンク作動圧力およびタンク重量が最小になるように
液体蒸気圧を低減するために、液体バルクを冷却するこ
とが望ましい。
【０００３】先行技術では極低温液体を冷却するための
多くのプロセスおよびシステムが開示されている。極低
温液体はタンク上に設けられたジャケットによって冷却
され得る。しかしながら、重量による制限およびこのよ
うな低温冷却に関連する問題により、低温液体流が冷却
される。最初にタンク満たされる極低温液体流は、タン
クに入る前に冷却され得る。タンク中の極低温液体は、
極低温流体の再循環流の温度を下げることによってさら
に冷却される。
【０００４】先行技術では、貯留部を通って延びるチュ
ーブを含む極低温熱交換器システムが開示されている。
冷却されることとなる極低温流はチューブによって方向
付けられる。貯留部はさらに低温の別の極低温流体で満
たされる。極低温流体がそれを通って流れるチューブは
貯留部の中に浸漬されるため、極低温流体はチューブを
通って移動する際に冷却される。
【０００５】熱交換器貯留部の極低温流体は低温を維持
し、それと極低温流体との間の熱伝達を補助するために
大気圧未満の圧力にされ得る。先行技術では、専用のコ
ンプレッサを用いて大気圧未満の圧力を生成し、貯留部
からの蒸気を圧縮した後に放出することが開示されてい
る。このプロセスおよびシステムでは直接的にコンプレ
ッサが要求され、コンプレッサは装置の複雑な部分であ
る。
【０００６】したがって、コンプレッサよりも単純な専
用の装置を要する熱交換器貯留部システムにおいて大気
圧未満の圧力を生成する必要がある。
【０００７】
【発明の概要】発明のある局面において、極低温液体熱
交換器システムは、大気の常圧（「大気圧」と記す）以
下の貯留部と、チューブと、イニシャル流体エジェクタ
とを含む。大気圧以下の貯留部は真空排気部を有する。
チューブは貯留部を通って延びる。イニシャル流体エジ
ェクタは吸引チャンバ入口を有し、これは貯留部の真空
排気部に機能的に接続される。
【０００８】発明のさらなる局面において、複数の流体
エジェクタの吸引チャンバ入口は、貯留部の真空排気部
または貯留部の複数の排気部に機能的に接続される。複
数の流体エジェクタは直列または並列に排気部に機能的
に接続され得る。イニシャル流体エジェクタは１つまた
は２つ以上の流体流れ入口ノズルを有してもよい。イニ
シャル流体エジェクタはスチームエジェクタであっても
よい。
【０００９】発明のある局面において、極低温流体熱交
換器貯留部に大気圧以下の圧力を生成するためのプロセ
スは、導入部の流体流れを、貯留部の排気部に機能的に
接続された吸引チャンバを有するイニシャル流体エジェ
クタの中に放出するステップを含む。発明のさらなる局
面では、イニシャル流体エジェクタの中に複数のイニシ
ャル流体流れが放出されてもよい。発明の別の局面で
は、吸引チャンバを有する複数のイニシャル流体エジェ
クタに導入部の複数の流体流れが放出されてもよく、吸
引チャンバは貯留部の複数の排気部に機能的に接続され
る。発明の別の局面において、複数の流体流れは１つま
たは２つ以上の直列接続された流体エジェクタに放出さ
れ、直列接続された流体エジェクタのうち第１の流体エ
ジェクタは、イニシャル流体エジェクタの出口に機能的
に接続された吸引チャンバを有する。流体流れはスチー
ムであってもよい。
【００１０】発明のさらなる局面において、冷却用の極
低温流体は貯留部を通して方向付けられる。発明の別の
局面において、冷却用の極低温流体は液体窒素、液体水
素または適切な特性を有する他の極低温液体を含む。
【００１１】発明の別の局面において、入来する極低温
流体流れは貯留部の中に延びるチューブによって方向付
けられる。発明の別の局面において、入来する極低温流
体は液体酸素または液体水素を含む。
【００１２】発明のある局面において、極低温流体熱交
換器貯留部に大気圧以下の圧力を生成するためのプロセ
スは、貯留部の圧力を下げるために流体エジェクタを使
用するステップを含む。発明のこの局面のさらなる局面
は、極低温流体熱交換器貯留部に大気圧未満の圧力を生
成するためのプロセスに関連して既に述べた。
【００１３】
【発明の実施の形態】さて、類似した要素には類似した
参照番号を付した図１を参照して、極低温液体熱交換器
システム１０は、システムの貯留部タンク１４に大気圧
以下の圧力を生成するために流体エジェクタ１２を使用
する。流体エジェクタ１２には可動部分がないため、シ
ステム１０は、大気圧以下の圧力を生成するために専用
の機械システムを使用する先行技術の極低温液体熱交換
器よりも単純なものとなっている。流体エジェクタ１２
は加圧された流体流れ３６を使用し、これはコンプレッ
サ、ポンプまたはボイラーなどの可動部分を備えた機械
システムによって生成され得る。
【００１４】貯留部１４は冷却用極低温流体１６を貯留
するタンクである。図中右側に、貯留部入口流１８とし
て、貯留部１４に入る極低温流体１６が示される。貯留
部の出口流２０として、底部から貯留部１４を出る極低
温流体１６が示される。
【００１５】極低温液体熱交換器システム１０は極低温
流体流れ２２を冷却する。流れ２２は貯留部１４を通っ
て延びるチューブ２４の中を流れる。チューブ２４は貯
留部１４の冷却用極低温流体１６に浸漬される。冷却用
極低温流体１６の温度は流れ２２の温度よりも低い。流
れ２２はさらに低温の極低温液体流２６としてチューブ
２４および貯留部１４から出る。発明の実施例では、技
術分野における当業者によっては公知であるように、貯
留部１４およびチューブ２４が多数配置されてもよい。
【００１６】貯留部１４は流体エジェクタ１２を使用す
ることにより大気圧以下の圧力に維持される。流体エジ
ェクタ１２は貯留部の真空通気口３２に機能的に接続さ
れた吸引チャンバ３０を含む。通気口３２は貯留部のア
レッジ３４へのアクセスが可能であるように貯留部１４
の頂部に置かれる。
【００１７】大気圧以下の圧力を生成するために流体エ
ジェクタ１２を使用するために、加圧された流体流れ３
６がエジェクタ１２の流体流れ入口ノズル３８に方向付
けられる。流れ３６が流体エジェクタ１２に流れると、
真空通気口３２を通してアレッジ３４からエジェクタ吸
引チャンバ３０の中に蒸気４０が引出され、結果として
貯留部１４に大気圧以下の圧力が生成される。蒸気４０
は高圧の流体流れ３６と混合され、流体エジェクタ１２
の放出端部４４からエジェクタを出るエジェクタ放出流
４２を形成する。放出端部４４は流体流れ入口ノズル３
８に対する末端部に配置される。
【００１８】発明の実施例では、流体エジェクタの使用
がさまざまな態様で変形されてもよい。流体エジェクタ
は作動するために適切である限りいかなる加圧流体流れ
を使用してもよく、流体は気体または液体である。流体
エジェクタ１２および加圧流体流れ３６はエジェクタ内
で局所的な凍結を防止するべく設計される。発明のある
実施例では、スチームの流れは加圧流体流れである。発
明のある実施例では、流体エジェクタは多数の入口ノズ
ルを有してもよい。発明のある実施例では、多数の流体
エジェクタの吸引チャンバは１つまたは２つ以上の貯留
部通気口に機能的に接続されてもよい。発明のある実施
例では、複数の流体エジェクタが直列にまたは並列に機
能的に接続されてもよい。発明の他の実施例では、他の
流体エジェクタの構成が設けられてもよく、たとえば貯
留部１４に所望の、かつ予め定められた大気圧未満の圧
力をもたらすように技術分野における当業者が設計でき
るものが設けられてもよい。
【００１９】発明の好ましい実施例において、貯留部の
大気圧以下の圧力は１．５ｐｓｉａ未満である。発明の
実施例では、冷却用極低温流体１６および極低温流体流
れ２２としての極低温流体のいかなる組合せを使用して
もよい。冷却用極低温流体の例としては液体窒素または
液体水素が挙げられる。極低温流体流れの例としては液
体酸素および液体水素が挙げられる。発明のさらなる実
施例において、極低温液体熱交換器システム１０は入来
する極低温流体流れ２２の液体酸素または液体水素を、
それぞれ１２０°Ｒおよび２６°Ｒ未満まで冷却する。
【００２０】以上に本発明の現在の好ましい実施例を詳
細に説明したが、関連する技術分野における当業者に認
識できるであろう、ここに教示した発明の基礎的な概念
の多くの変形および／または修正が、前掲のクレームに
規定される本発明の精神および範囲内に入ることが明ら
かに理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明の実施例に従う極低温液体の熱交換器シ
ステムを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 極低温液体の熱交換器システム、１２ 流体エジ
ェクタ、１４ 貯留部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジーン・ロジャース アメリカ合衆国、90732 カリフォルニア 州、サン・ペドロ、ウィクリフ・アベニ ュ、1424 (72)発明者 ジェームズ・エフ・ウェバー アメリカ合衆国、93021 カリフォルニア 州、ムーアパーク、ブルックグレン・スト リート、4376 (72)発明者 マイケル・ブイ・メルリン アメリカ合衆国、92807 カリフォルニア 州、アナハイム、シェイディー・バレー・ レーン、6480 (72)発明者 ティモシー・エル・ゲイナー・ザ・サード アメリカ合衆国、90630 カリフォルニア 州、サイプレス、オルガ・アベニュ、5082 (72)発明者 ジョン・イー・デイビス アメリカ合衆国、91711 カリフォルニア 州、クレアモント、ラドフォード、1941 (72)発明者 デイビッド・エル・ゲルハルト アメリカ合衆国、90277 カリフォルニア 州、レドンド・ビーチ、ビア・アラメダ、 220

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 極低温液体の熱交換器システムであっ
    て、 （ａ） 真空排気部を含む大気の常圧（大気圧）以下の
    貯留部と、 （ｂ） 前記貯留部を通って延びるチューブと、 （ｃ） 前記貯留部の真空排気部に機能的に接続された
    吸引チャンバを有するイニシャル流体エジェクタとを備
    える、極低温液体熱交換器システム。
  2. 【請求項２】 複数の流体エジェクタの吸引チャンバ入
    口が、前記貯留部の真空排気部に機能的に接続される、
    請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記貯留部に複数の真空排気部を含む、
    請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 複数の流体エジェクタの吸引チャンバ入
    口が、前記貯留部の複数の真空排気部に機能的に接続さ
    れる、請求項３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 複数の流体エジェクタの吸引チャンバ入
    口が、前記貯留部の複数の真空排気部にそれぞれ機能的
    に接続される、請求項３に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記イニシャル流体エジェクタの排気部
    に機能的にかつ直列に接続された１つまたは２つ以上の
    付加的な流体エジェクタをさらに含む、請求項１に記載
    のシステム。
  7. 【請求項７】 前記イニシャル流体エジェクタが、１つ
    または２つ以上の流体流れ入口ノズルを含む、請求項１
    に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記イニシャル流体エジェクタがスチー
    ムエジェクタである、請求項１に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 極低温流体の熱交換器貯留部に大気の常
    圧（大気圧）以下の圧力を生成するためのプロセスであ
    って、前記貯留部の排気部に機能的に接続された吸引チ
    ャンバを有するイニシャル流体エジェクタにイニシャル
    流体流れを放出するステップを含む、プロセス。
  10. 【請求項１０】 前記放出ステップが、複数のイニシャ
    ル流体流れを前記イニシャル流体エジェクタの中に放出
    するステップをさらに含む、請求項９に記載のプロセ
    ス。
  11. 【請求項１１】 前記放出ステップが、複数のイニシャ
    ル流体流れを、吸引チャンバを有する複数のイニシャル
    流体エジェクタの中に放出するステップをさらに含み、
    前記吸引チャンバは前記貯留部の複数の排気部に機能的
    に接続される、請求項９に記載のプロセス。
  12. 【請求項１２】 １つまたは２つ以上の直列接続された
    流体エジェクタの中に複数の流体流れを放出するステッ
    プをさらに含み、前記直列接続された流体エジェクタの
    うちの第１の流体エジェクタは、前記イニシャル流体エ
    ジェクタの出口に機能的に接続された吸引チャンバを有
    する、請求項９に記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 前記流体流れがスチームの流れであ
    る、請求項９に記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 前記貯留部を通して冷却用の極低温流
    体を方向付けるステップをさらに含む、請求項９に記載
    のプロセス。
  15. 【請求項１５】 前記冷却用極低温流体が液体窒素また
    は液体水素を含む、請求項１４に記載のプロセス。
  16. 【請求項１６】 前記貯留部を通って延びるチューブに
    よって、入来する極低温流体を方向付けるステップをさ
    らに含む、請求項９に記載のプロセス。
  17. 【請求項１７】 前記入来する極低温流体が液体酸素ま
    たは液体水素を含む、請求項１６に記載のプロセス。
  18. 【請求項１８】 貯留部の圧力を低減するために流体エ
    ジェクタを使用するステップを含み、極低温流体の熱交
    換器貯留部に大気の常圧（大気圧）以下の圧力を生成す
    るためのプロセス。
  19. 【請求項１９】 前記貯留部の圧力を低減するために、
    直列に接続された流体エジェクタを使用するステップを
    さらに含み、請求項１８に記載のプロセス。
  20. 【請求項２０】 前記貯留部の圧力を低減するために、
    複数の流体エジェクタを使用するステップをさらに含
    む、請求項１８に記載のプロセス。
  21. 【請求項２１】 前記使用するステップが、スチームの
    流れを前記流体エジェクタの中に方向付けるステップを
    さらに含む、請求項１８に記載のプロセス。
  22. 【請求項２２】 前記貯留部の中に前記冷却用極低温流
    体を方向付けるステップをさらに含む、請求項１８に記
    載のプロセス。
  23. 【請求項２３】 前記冷却用極低温流体が液体窒素また
    は液体水素を含む、請求項２２に記載のプロセス。
  24. 【請求項２４】 前記貯留部を通って延びるチューブに
    よって、入来する極低温流体流れを方向付けるステップ
    をさらに含む、請求項１８に記載のプロセス。
  25. 【請求項２５】 前記入来する極低温流体が液体酸素ま
    たは液体水素を含む、請求項２２に記載のプロセス。
JP2000053644A 1999-03-04 2000-02-29 流体エジェクタ付極低温液体熱交換器システム Expired - Lifetime JP4562846B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/262796 1999-03-04
US09/262,796 US6164078A (en) 1999-03-04 1999-03-04 Cryogenic liquid heat exchanger system with fluid ejector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000258076A true JP2000258076A (ja) 2000-09-22
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JP2000053644A Expired - Lifetime JP4562846B2 (ja) 1999-03-04 2000-02-29 流体エジェクタ付極低温液体熱交換器システム

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EP (1) EP1033542B1 (ja)
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