JP5157529B2 - Cryogenic liquefied propellant filling apparatus and cryogenic liquefied propellant filling method - Google Patents

Cryogenic liquefied propellant filling apparatus and cryogenic liquefied propellant filling method Download PDF

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Description

本発明は、極低温液化推進薬充填装置及び極低温液化推進薬充填方法に関する。   The present invention relates to a cryogenic liquefied propellant filling apparatus and a cryogenic liquefied propellant filling method.

従来から、固体燃料と液体酸化剤を搭載したロケットの運用が行われている。このロケットは、固定燃料の自己燃焼により発生する分解ガス（燃料成分過剰ガス）を燃料噴射器から主燃焼室内に噴射する一方、同分解ガスの圧力で液体酸化剤を加圧して同噴射器から主燃焼室内に噴射する。そして、固体燃料の分解ガスと液体酸化剤とを主燃焼室で混合燃焼させることにより発生した高温・高圧の燃焼ガスをノズルから噴出させることで推進力を得ている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, rockets equipped with solid fuel and liquid oxidant have been operated. This rocket injects cracked gas (fuel component excess gas) generated by self-combustion of fixed fuel from the fuel injector into the main combustion chamber, and pressurizes the liquid oxidant with the pressure of the cracked gas from the injector. It is injected into the main combustion chamber. A propulsive force is obtained by jetting high-temperature and high-pressure combustion gas generated by mixing and burning the cracked gas of the solid fuel and the liquid oxidant in the main combustion chamber from the nozzle (see, for example, Patent Document 1). ).

最近では、固体燃料の代わりに液化天然ガス（ＬＮＧ：liquefied natural gas）が使用されている。このような、液体推進薬を使用する飛翔体では、打ち上げ直前に機体内の機体タンクに液体推進薬を充填する必要がある。このような充填装置として、例えば、図６に示す充填装置１００がある。   Recently, liquefied natural gas (LNG) is used instead of solid fuel. In such a flying object using a liquid propellant, it is necessary to fill the liquid tank with the liquid propellant immediately before launch. An example of such a filling apparatus is a filling apparatus 100 shown in FIG.

この充填装置１００は、極低温液化推進薬が貯留される貯留槽１０１と、貯留槽１０１から機体タンク１０２に極低温液化推進薬を供給する供給部１０３と、気化した極低温液化推進薬を廃棄する排気部１０４と、充填後に供給部１０３の一部に残留した極低温液化推進薬を除去するための排出部１０５と、を備えている。そして、機体タンク１０２内には、液位検知のための液位センサ１０６が配されている。   The filling apparatus 100 discards the storage tank 101 in which the cryogenic liquefied propellant is stored, the supply unit 103 that supplies the cryogenic liquefied propellant from the storage tank 101 to the airframe tank 102, and the vaporized cryogenic liquefied propellant. And an exhaust unit 105 for removing the cryogenic liquefied propellant remaining in a part of the supply unit 103 after filling. A liquid level sensor 106 for detecting the liquid level is disposed in the body tank 102.

供給部１０３の予冷時及び機体タンク１０２の極低温液化推進薬充填時には、極低温液化推進薬が、貯留槽１０１から供給部１０３を介して機体タンク１０２に流れていく。この過程で一部気化した極低温液化推進薬は排気部１０４から廃棄され、余剰分は排出部１０５に排出されて回収される。
特開平８−２７０５０６号公報 The cryogenic liquefied propellant flows from the storage tank 101 to the machine tank 102 via the supply unit 103 during pre-cooling of the supply unit 103 and filling of the cryogenic liquefied propellant in the machine tank 102. The cryogenic liquefied propellant partially vaporized in this process is discarded from the exhaust unit 104, and the excess is discharged to the discharge unit 105 and collected.
JP-A-8-270506

しかしながら、上記従来の極低温液化推進薬充填装置は、液位センサ１０６による液位検知を行っているので、充填・液位維持するとき、液位センサ１０６の計測点近傍で充填／停止が繰り返される。そのため、流量停止状態時にガイザリング現象発生（温度上昇による突沸現象）の可能性が高まり、推進薬の状態が不安定になり、飛翔体の打ち上げ延期等の影響がでる可能性がある。そして、これを抑えるため充填流量を所定の範囲内に抑える必要があり、充填時間がかかる。   However, since the conventional cryogenic liquefied propellant filling apparatus performs the liquid level detection by the liquid level sensor 106, filling / stopping is repeated near the measurement point of the liquid level sensor 106 when filling and maintaining the liquid level. It is. For this reason, the possibility of the occurrence of a Geisering phenomenon (a bumping phenomenon due to a temperature rise) during the flow stop state increases, the state of the propellant becomes unstable, and there is a possibility that the launching of the flying object is postponed. And in order to suppress this, it is necessary to suppress the filling flow rate within a predetermined range, and it takes a filling time.

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、極低温液化推進薬の充填の際の充填時間を短縮することができ、機体タンクに入熱するエネルギーを低減することができる極低温液化推進薬充填装置及び極低温液化推進薬充填方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can achieve a cryogenic liquefaction that can shorten the filling time during the filling of the cryogenic liquefied propellant and can reduce the energy input to the airframe tank. An object is to provide a propellant filling device and a cryogenic liquefied propellant filling method.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
第１の発明は、機体タンクを有する飛翔体における前記機体タンクに極低温液化推進薬を充填する充填装置であって、前記極低温液化推進薬が貯留される貯留槽と、該貯留槽から前記機体タンクに前記極低温液化推進薬を供給する供給部と、前記機体タンクと連通されて充填途中に気化した前記極低温液化推進薬を再度液化して前記機体タンクに戻す冷却部と、を備えていることを特徴とする。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A first aspect of the present invention is a filling device for filling a cryogenic liquefied propellant in the aircraft tank in a flying body having a fuselage tank, wherein the cryogenic liquefied propellant is stored; A supply unit that supplies the cryogenic liquefied propellant to the airframe tank; and a cooling unit that communicates with the airframe tank and liquefies the cryogenic liquefied propellant vaporized in the course of filling and returns the liquid tank to the airframe tank. It is characterized by.

この発明は、極低温液化推進薬による供給部等の予冷時及び機体タンクへの充填時に、極低温液化推進薬の一部が気化しても冷却部によって再度液化するので、機体タンクが中間液位のときにも機体タンク内の分圧上昇を好適に抑えて充填速度を上げることができる。また、極低温液化推進薬の流量停止状態をなめらかに実現でき、推進薬が不安定となることを防ぐことができる。   In the present invention, even when a part of the cryogenic liquefied propellant is vaporized at the time of pre-cooling the supply part or the like by the cryogenic liquefied propellant and filling the airframe tank, the airframe tank is liquefied again by the cooling part. The filling speed can be increased by suitably suppressing the partial pressure increase in the fuselage tank even at the position. Moreover, the flow stop state of the cryogenic liquefied propellant can be smoothly realized, and the propellant can be prevented from becoming unstable.

また、本発明に係る極低温液化推進薬充填装置は、前記極低温液化推進薬充填装置であって、前記冷却部が、液化窒素流通部を備えていることを特徴とする。   The cryogenic liquefied propellant filling apparatus according to the present invention is the cryogenic liquefied propellant filling apparatus, wherein the cooling unit includes a liquefied nitrogen circulation unit.

この発明は、少なくとも液化窒素よりも沸点の高い極低温液化推進薬を好適に液化することができる。   The present invention can suitably liquefy a cryogenic liquefied propellant having a boiling point higher than at least liquefied nitrogen.

また、本発明に係る極低温液化推進薬充填装置は、前記極低温液化推進薬充填装置であって、前記冷却部内における前記極低温液化推進薬の圧力が前記機体タンク内の目標圧力となるように、前記液化窒素流通部における液化窒素の流量を制御する制御部を備えていることを特徴とする。   Further, the cryogenic liquefied propellant filling apparatus according to the present invention is the cryogenic liquefied propellant filling apparatus, wherein the pressure of the cryogenic liquefied propellant in the cooling unit becomes a target pressure in the airframe tank. And a control unit for controlling the flow rate of the liquefied nitrogen in the liquefied nitrogen circulation unit.

この発明は、極低温液化推進薬の流量停止状態をなめらかに実現することができ、推進薬が不安定となることを防ぐことができる。   The present invention can smoothly realize the flow stop state of the cryogenic liquefied propellant, and can prevent the propellant from becoming unstable.

また、本発明に係る極低温液化推進薬充填装置は、前記極低温液化推進薬充填装置であって、前記極低温液化推進薬が、液化天然ガスであることを特徴とする。   The cryogenic liquefied propellant filling apparatus according to the present invention is the cryogenic liquefied propellant filling apparatus, wherein the cryogenic liquefied propellant is liquefied natural gas.

この発明は、液化天然ガスの軽質分の蒸発を抑えて性状のばらつきを抑えることができ、不安定燃焼を好適に抑えることができる。   According to the present invention, light components of liquefied natural gas can be prevented from evaporating to suppress variation in properties, and unstable combustion can be suitably suppressed.

第２の発明は、機体タンクを有する飛翔体における前記機体タンクに極低温液化推進薬を充填する充填方法であって、極低温液化推進薬が貯留された貯留槽から前記極低温液化推進薬を前記機体タンクに供給する供給工程と、充填途中で気化した前記極低温液化推進薬を再度液化する冷却工程と、を備えていることを特徴とする。   A second invention is a filling method of filling a fuselage tank with a cryogenic liquefied propellant in a flying body having a fuselage tank, wherein the cryogenic liquefied propellant is extracted from a storage tank in which the cryogenic liquefied propellant is stored. It is characterized by comprising a supply step of supplying to the airframe tank and a cooling step of liquefying the cryogenic liquefied propellant vaporized during filling.

この発明は、極低温液化推進薬による供給部等の予冷時及び機体タンクへの充填時に、極低温液化推進薬の一部が気化しても冷却工程によって再度液化するので、機体タンクが中間液位のときにも機体タンク内の分圧上昇を好適に抑えて充填速度を上げることができる。また、極低温液化推進薬の流量停止状態をなめらかに実現でき、推進薬が不安定になることを防ぐことができる。   In this invention, even when a part of the cryogenic liquefied propellant is vaporized at the time of pre-cooling the supply section or the like with the cryogenic liquefied propellant and filling the airframe tank, the airframe tank is liquefied again by the cooling process. The filling speed can be increased by suitably suppressing the partial pressure increase in the fuselage tank even at the position. Moreover, the flow stop state of the cryogenic liquefied propellant can be smoothly realized, and the propellant can be prevented from becoming unstable.

また、本発明に係る極低温液化推進薬充填方法は、前記極低温液化推進薬充填方法であって、前記冷却工程が、液化窒素を流通させて前記極低温液化推進薬を再液化することを特徴とする。   Also, the cryogenic liquefied propellant filling method according to the present invention is the cryogenic liquefied propellant filling method, wherein the cooling step recirculates the cryogenic liquefied propellant by circulating liquefied nitrogen. Features.

この発明は、少なくとも液化窒素よりも沸点の高い極低温液化推進薬を好適に液化することができる。   The present invention can suitably liquefy a cryogenic liquefied propellant having a boiling point higher than at least liquefied nitrogen.

本発明によれば、極低温液化推進薬の充填の際の充填時間を短縮することができ、機体タンクに入熱するエネルギーを低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the filling time at the time of filling of a cryogenic liquefied propellant can be shortened, and the energy which heat-enters a body tank can be reduced.

本発明に係る一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係るＬＮＧ充填装置（極低温液化推進薬充填装置）１は、図１に示すように、機体タンク２を有する図示しない飛翔体における機体タンク２にＬＮＧ（極低温液化推進薬）を充填する充填装置であって、ＬＮＧが貯留される貯留槽３と、貯留槽３から機体タンク２にＬＮＧを供給する供給部５と、機体タンク２と連通されて、充填途中に気化したＬＮＧを再度液化して機体タンク２に戻す冷却部６と、冷却部６と連通され、気化したＬＮＧを排気する排気部７と、充填後に供給部５の一部に残留したＬＮＧを除去するための排出部８と、後述する各センサ及び各弁と図示しない手段によって接続されて各センサの計測結果に基づき各種バルブを制御する制御部１０と、を備えている。なお、制御部１０は、以下の全ての制御弁の制御をそれぞれ後述する方向で行う。 An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
As shown in FIG. 1, the LNG filling device (cryogenic liquefied propellant filling device) 1 according to the present embodiment applies LNG (cryogenic liquefied propellant) to the airframe tank 2 in a flying body (not shown) having the airframe tank 2. A filling device for filling, a storage tank 3 in which LNG is stored, a supply unit 5 for supplying LNG from the storage tank 3 to the airframe tank 2, and an LNG vaporized in the middle of filling, in communication with the airframe tank 2. A cooling unit 6 that is liquefied again and returned to the airframe tank 2; an exhaust unit 7 that communicates with the cooling unit 6 and exhausts vaporized LNG; and an exhaust for removing LNG remaining in a part of the supply unit 5 after filling And a control unit 10 that is connected to each sensor and each valve, which will be described later, by means not shown and controls various valves based on the measurement results of each sensor. In addition, the control part 10 performs control of all the following control valves in the direction mentioned later, respectively.

貯留槽３には、貯留槽３内のＬＮＧ圧力を検知するＬＮＧ貯留センサ１１と、ＬＮＧ圧力を制御するために開度が調節可能な第一開度制御弁１２及び第二開度制御弁１３と、が配されている。   The storage tank 3 includes an LNG storage sensor 11 that detects the LNG pressure in the storage tank 3, a first opening control valve 12 and a second opening control valve 13 that can be adjusted in opening to control the LNG pressure. And are arranged.

供給部５は、貯留槽３に連通されたメイン配管１５と、機体と接続されるアンビリカルライン１６と、メイン配管１５を流れるＬＮＧを液化窒素（ＬＮ２）で冷却するためのＬＮ２クーラー１７と、を備えている。メイン配管１５には、ＬＮＧの流通を制御する第一開閉弁１８と、ＬＮＧ流量を検知する流量センサ２０と、ＬＮＧ流量を制御する第一流量制御弁２１と、開度が調節可能な第三開度制御弁２２と、ＬＮＧ温度を検知する第一温度センサ２３及び第二温度センサ２５と、メイン配管１５とアンビリカルライン１６とを接続する第二開閉弁２６と、が配されている。   The supply unit 5 includes a main pipe 15 communicated with the storage tank 3, an umbilical line 16 connected to the airframe, and an LNG cooler 17 for cooling LNG flowing through the main pipe 15 with liquefied nitrogen (LN2). I have. The main pipe 15 includes a first on-off valve 18 that controls the flow of LNG, a flow rate sensor 20 that detects the LNG flow rate, a first flow rate control valve 21 that controls the LNG flow rate, and a third whose opening degree is adjustable. An opening control valve 22, a first temperature sensor 23 and a second temperature sensor 25 that detect the LNG temperature, and a second on-off valve 26 that connects the main pipe 15 and the umbilical line 16 are arranged.

ＬＮ２クーラー１７は、メイン配管１５から分岐されて再びこれと合流する分岐配管２７の途中に配されている。この分岐配管２７には、第三開度制御弁２２と連動する第四開度制御弁２８が配されている。第三開度制御弁２２及び第四開度制御弁２８は、第一温度センサ２３による温度計測結果に基づき操作が制御されている。 The LN2 cooler 17 is arranged in the middle of a branch pipe 27 branched from the main pipe 15 and joined again. The branch pipe 27 is provided with a fourth opening degree control valve 28 that is linked to the third opening degree control valve 22. The operations of the third opening control valve 22 and the fourth opening control valve 28 are controlled based on the temperature measurement result by the first temperature sensor 23.

図示しない機体には、アンビリカルライン１６と機体タンク２の底部２ａとを接続する機体入口側開閉弁３０と、機体タンク２と冷却部６とを接続する機体出口側開閉弁３１と、機体入口側開閉弁３０の入口側に配された機体側温度センサ３２と、機体タンク２の底部２ａに配された枯渇センサ３３と、機体タンク２の頂部２ｂ近傍に鉛直上方に向かって順に配されてタンク内の液位を検知する９９％液位センサ３５、１００％液位センサ３６、及び１０１％液位センサ３７と、機体タンク２の底部２ａに配された下部圧力センサ３８と、機体タンク２の頂部２ｂに配された上部圧力センサ４０と、が配されている。ここで、枯渇センサ３３は３つ、各液位センサ３５，３６，３７は２つずつ配されている。   The airframe (not shown) includes an airframe inlet side on-off valve 30 that connects the umbilical line 16 and the bottom 2a of the airframe tank 2, an airframe outlet side on-off valve 31 that connects the airframe tank 2 and the cooling unit 6, and an airframe inlet side. An airframe side temperature sensor 32 disposed on the inlet side of the on-off valve 30, a depletion sensor 33 disposed on the bottom 2 a of the airframe tank 2, and a tank disposed in this order in the vicinity of the top 2 b of the airframe tank 2 in the vertical upward direction. 99% liquid level sensor 35, 100% liquid level sensor 36, and 101% liquid level sensor 37 for detecting the liquid level in the inside, a lower pressure sensor 38 arranged on the bottom 2a of the body tank 2, and the body tank 2 An upper pressure sensor 40 disposed on the top 2b is disposed. Here, three depletion sensors 33 and two each of the liquid level sensors 35, 36, and 37 are arranged.

冷却部６は、気化されたＬＮＧが流入するとともに再液化されて貯留されるＬＮＧタンク４１と、ＬＮＧタンク４１内に配されてＬＮ２が流れる液化窒素流通部４２と、を備えている。ＬＮＧタンク４１は、機体出口側開閉弁３１を介して機体タンク２の頂部２ｂと接続されている。   The cooling unit 6 includes an LNG tank 41 into which vaporized LNG flows in and is reliquefied and stored, and a liquefied nitrogen circulation unit 42 that is disposed in the LNG tank 41 and through which LNG 2 flows. The LNG tank 41 is connected to the top 2 b of the airframe tank 2 via the airframe outlet side opening / closing valve 31.

排気部７は、機体タンク２と接続された排気配管４３と、排気配管４３に配されて上部圧力センサ４０の計測結果に基づいて機体タンク２内の圧力を制御するための第五開度制御弁４５及び上部圧力センサ４０の計測結果に基づいてＬＮＧタンク４１内の圧力を制御するための第六開度制御弁４６と、排気配管４３と連通されて気化した天然ガスが排気されるフレアスタック４７と、を備えている。   The exhaust unit 7 includes an exhaust pipe 43 connected to the airframe tank 2, and a fifth opening degree control for controlling the pressure in the airframe tank 2 based on the measurement result of the upper pressure sensor 40 disposed on the exhaust pipe 43. A sixth opening degree control valve 46 for controlling the pressure in the LNG tank 41 based on the measurement results of the valve 45 and the upper pressure sensor 40, and a flare stack communicating with the exhaust pipe 43 and exhausting the vaporized natural gas. 47.

排出部８は、第二開閉弁２６と接続された第一排出配管４８と、アンビリカルライン１６と接続された第二排出配管５０と、第一排出配管４８に配された第三開閉弁５１と、第二排出配管５０に配された第四開閉弁５２と、を備えている。第一排出配管４８及び第二排出配管５０は、フレアスタック４７と連通されている。   The discharge unit 8 includes a first discharge pipe 48 connected to the second opening / closing valve 26, a second discharge pipe 50 connected to the umbilical line 16, and a third opening / closing valve 51 arranged in the first discharge pipe 48. And a fourth open / close valve 52 disposed in the second discharge pipe 50. The first discharge pipe 48 and the second discharge pipe 50 are in communication with the flare stack 47.

制御部１０は、冷却部６のＬＮＧタンク４１内におけるＬＮＧの圧力が機体タンク２内の目標圧力となるように、液化窒素流通部４２におけるＬＮ２の流量を制御する。   The control unit 10 controls the flow rate of LNG 2 in the liquefied nitrogen circulation unit 42 so that the pressure of LNG in the LNG tank 41 of the cooling unit 6 becomes the target pressure in the body tank 2.

次に、本実施形態に係るＬＮＧ充填装置１によるＬＮＧ充填方法（極低温液化推進薬充填方法）について説明する。   Next, the LNG filling method (cryogenic liquefied propellant filling method) by the LNG filling apparatus 1 according to the present embodiment will be described.

この方法は、図２に示すように、配管内を予め極低温に冷却するための配管予冷工程（ＳＴ１）と、比較的低速の充填速度でＬＮＧ充填する第一充填工程（ＳＴ２）と、比較的高速の充填速度でＬＮＧ充填する第二充填工程（ＳＴ３）と、を備えている。   As shown in FIG. 2, this method is compared with a pipe pre-cooling process (ST1) for cooling the inside of the pipe to a cryogenic temperature in advance and a first filling process (ST2) for filling LNG at a relatively low filling speed. And a second filling step (ST3) for filling with LNG at a high filling speed.

配管予冷工程（ＳＴ１）は、ＬＮＧの貯留槽３からＬＮＧを機体タンク２に供給する供給工程(Ｓ０１)と、充填途中で気化したＬＮＧを再度液化する冷却工程(Ｓ０２)と、再度液化されたＬＮＧを機体タンク２へ戻す戻し工程(Ｓ０３)と、を備えている。   The pipe pre-cooling step (ST1) was supplied again (S01) for supplying LNG from the LNG storage tank 3 to the fuselage tank 2, a cooling step (S02) for re-liquefying LNG vaporized during the filling, and liquefied again. A return step (S03) for returning the LNG to the body tank 2.

供給工程（Ｓ０１）では、まず、貯留槽３内の圧力が所定の範囲内となるように、第一開度制御弁１２及び第二開度制御弁１３を開閉制御する。そして、第五開度制御弁４５を全開し、機体出口側開閉弁３１、機体入口側開閉弁３０、及び第二開閉弁２６を順に開く。   In the supply step (S01), first, the first opening degree control valve 12 and the second opening degree control valve 13 are controlled to open and close so that the pressure in the storage tank 3 falls within a predetermined range. Then, the fifth opening degree control valve 45 is fully opened, and the machine body outlet side opening / closing valve 31, the machine body inlet side opening / closing valve 30, and the second opening / closing valve 26 are sequentially opened.

そして、第三開度制御弁２２は全閉状態のまま、第四開度制御弁２８を全開した後、第一開閉弁１８を開く。このとき、貯留槽３からＬＮＧがメイン配管１５内に流れていく。この際、所定の流量を維持するように第一流量制御弁２１を調節する。   Then, with the third opening degree control valve 22 fully closed, the fourth opening degree control valve 28 is fully opened, and then the first opening / closing valve 18 is opened. At this time, LNG flows from the storage tank 3 into the main pipe 15. At this time, the first flow control valve 21 is adjusted so as to maintain a predetermined flow rate.

ここで、メイン配管１５内及び機体タンク２内がＬＮＧの沸点よりも高温なので、ＬＮＧの少なくとも一部が気化する。気化したＬＮＧは、機体タンク２から冷却部６へ流れる。このとき、冷却工程（Ｓ０２）及び戻し工程（Ｓ０３）が行われる。   Here, since the inside of the main pipe 15 and the body tank 2 are hotter than the boiling point of LNG, at least a part of LNG is vaporized. The vaporized LNG flows from the body tank 2 to the cooling unit 6. At this time, a cooling step (S02) and a returning step (S03) are performed.

冷却工程（Ｓ０２）では、気化したＬＮＧが液化窒素流通部４２と接触することにより熱交換されて再度液化される。再液化したＬＮＧはＬＮＧタンク４１内に貯留される。ここで、制御部１０によって、ＬＮＧタンク４１内におけるＬＮＧの圧力が機体タンク２内の目標圧力となるように、液化窒素流通部４２におけるＬＮ２の流量が制御されている。   In the cooling step (S02), the vaporized LNG comes into contact with the liquefied nitrogen circulation part 42 to exchange heat and is liquefied again. The liquefied LNG is stored in the LNG tank 41. Here, the flow rate of LNG 2 in the liquefied nitrogen circulation unit 42 is controlled by the control unit 10 so that the pressure of LNG in the LNG tank 41 becomes the target pressure in the body tank 2.

戻し工程（Ｓ０３）では、再液化されたＬＮＧがＬＮＧタンク４１から機体タンク２へ戻される。ただし、上部圧力センサ４０が所定値以上の圧力を検出する場合には、再液化しきれないＬＮＧは第五開度制御弁４５から排気配管４３を流れてフレアスタック４７へと排気される。   In the returning step (S03), the liquefied LNG is returned from the LNG tank 41 to the body tank 2. However, when the upper pressure sensor 40 detects a pressure equal to or higher than a predetermined value, LNG that cannot be re-liquefied flows from the fifth opening control valve 45 through the exhaust pipe 43 and is exhausted to the flare stack 47.

こうして機体側温度センサ３２が所定の温度以下になったところで配管予冷工程（ＳＴ１）を終了する。   In this way, the pipe pre-cooling step (ST1) is terminated when the fuselage-side temperature sensor 32 becomes a predetermined temperature or lower.

引き続き、第一充填工程（ＳＴ２）に移行する。
この工程は、ＬＮＧの貯留槽３からＬＮＧを機体タンク２に供給する供給工程(Ｓ１１)と、充填途中で気化したＬＮＧを再度液化する冷却工程(Ｓ０２)と、再度液化されたＬＮＧを機体タンク２へ戻す戻し工程(Ｓ０３)と、を備えている。 Subsequently, the process proceeds to the first filling step (ST2).
This step includes a supply step (S11) for supplying LNG from the LNG storage tank 3 to the fuselage tank 2, a cooling step (S02) for liquefying the LNG vaporized during filling, and a liquefied LNG for the fuselage tank. Returning to step 2 (S03).

供給工程（Ｓ１１）では、まず、機体タンク２内圧力が所定圧力となるように、第五開度制御弁４５及び第六開度制御弁４６の開度を調節する。次に、第一温度センサ２３での検出温度が所定の温度以下となるよう、ＬＮＧの一部をＬＮ２クーラー１７によって冷却して入熱を抑えるために第三開度制御弁２２及び第四開度制御弁２８の開度を調節する。一方、メイン配管１５の流量を所定量とするため、第一流量制御弁２１を調節する。   In the supply step (S11), first, the opening degrees of the fifth opening degree control valve 45 and the sixth opening degree control valve 46 are adjusted so that the pressure in the body tank 2 becomes a predetermined pressure. Next, the third opening degree control valve 22 and the fourth opening are used to cool a part of the LNG by the LNG cooler 17 and suppress heat input so that the temperature detected by the first temperature sensor 23 is equal to or lower than a predetermined temperature. The opening degree of the degree control valve 28 is adjusted. On the other hand, the first flow rate control valve 21 is adjusted to set the flow rate of the main pipe 15 to a predetermined amount.

ＬＮＧが供給されている間、配管予冷工程（ＳＴ１）と同様に、冷却工程（Ｓ０２）及び戻し工程（Ｓ０３）を行う。こうして、枯渇センサ３３がＷＥＴとなったところで第一流量制御弁２１を全閉して第一充填工程（ＳＴ２）を終了する。   While the LNG is being supplied, the cooling step (S02) and the returning step (S03) are performed in the same manner as the pipe precooling step (ST1). Thus, when the depletion sensor 33 becomes WET, the first flow control valve 21 is fully closed, and the first filling step (ST2) is completed.

そしてさらに第二充填工程（ＳＴ３）に移行する。
この工程は、ＬＮＧの貯留槽３からＬＮＧを機体タンク２に供給する供給工程(Ｓ２１)と、充填途中で気化したＬＮＧを再度液化する冷却工程(Ｓ０２)と、再度液化されたＬＮＧを機体タンク２へ戻す戻し工程(Ｓ０３)と、を備えている。 Further, the process proceeds to the second filling step (ST3).
This step includes a supply step (S21) for supplying LNG from the LNG storage tank 3 to the fuselage tank 2, a cooling step (S02) for reliquefying the LNG vaporized during filling, and a liquefied LNG for the fuselage tank. Returning to step 2 (S03).

供給工程（Ｓ２１）では、まず、ＬＮＧの流量が供給工程（Ｓ１１）のときよりも大きい所定の流量となるように第一流量制御弁２１の開度を調節する。これによって、機体タンク２内にＬＮＧが貯留されていく。   In the supply step (S21), first, the opening degree of the first flow rate control valve 21 is adjusted so that the flow rate of LNG becomes a predetermined flow rate larger than that in the supply step (S11). As a result, LNG is stored in the body tank 2.

ＬＮＧが供給されている間、配管予冷工程（ＳＴ１）と同様に、冷却工程（Ｓ０２）及び戻し工程（Ｓ０３）を行う。こうして、９９％液位センサ３５が液面を検知してＷＥＴとなったところで第一流量制御弁２１を全閉して第二充填工程（ＳＴ３）を終了する。   While the LNG is being supplied, the cooling step (S02) and the returning step (S03) are performed in the same manner as the pipe precooling step (ST1). Thus, when the 99% liquid level sensor 35 detects the liquid level and becomes WET, the first flow rate control valve 21 is fully closed, and the second filling step (ST3) is completed.

このＬＮＧ充填装置１及びＬＮＧ充填方法によれば、冷却部６を備えて冷却工程（Ｓ０２）を行うので、ＬＮＧによる供給部５等の予冷時及び機体タンク２への充填時に、ＬＮＧの一部が気化しても再度液化することができる。この際、機体タンク２が中間液位のときにも機体タンク２内の分圧上昇を好適に抑えて充填速度を上げることができる。また、ＬＮＧの流量停止状態をなめらかに実現でき、推進薬が不安定になることを防ぐことができる。
したがって、ＬＮＧの充填の際の充填時間を短縮することができ、機体タンク２に入熱するエネルギーを低減することができる。 According to the LNG filling apparatus 1 and the LNG filling method, since the cooling unit 6 is provided and the cooling step (S02) is performed, a part of the LNG is preliminarily cooled when the LNG supply unit 5 is precooled and when the body tank 2 is filled. Even if vaporizes, it can be liquefied again. At this time, even when the airframe tank 2 is at the intermediate liquid level, the partial pressure in the airframe tank 2 can be suitably suppressed to increase the filling speed. Moreover, the flow stop state of LNG can be realized smoothly, and the propellant can be prevented from becoming unstable.
Therefore, the filling time at the time of LNG filling can be shortened, and the energy input to the body tank 2 can be reduced.

特に、冷却部６が液化窒素流通部４２を備えているので、ＬＮ２よりも沸点の高いＬＮＧを好適に液化することができる。   In particular, since the cooling unit 6 includes the liquefied nitrogen circulation unit 42, LNG having a boiling point higher than that of LN2 can be suitably liquefied.

また、冷却部６内におけるＬＮＧの圧力が機体タンク２内の目標圧力となるように、制御部１０が液化窒素流通部４２におけるＬＮ２の流量を制御しているので、ＬＮＧの流量停止状態をなめらかに実現することができ、推進薬が不安定になることを防ぐことができる。   Further, since the control unit 10 controls the flow rate of the LNG 2 in the liquefied nitrogen circulation unit 42 so that the pressure of the LNG in the cooling unit 6 becomes the target pressure in the airframe tank 2, the LNG flow rate stop state is smoothed. It is possible to prevent the propellant from becoming unstable.

さらに、ＬＮＧの軽質分の蒸発を抑えて性状のばらつきを抑えることができ、不安定燃焼を好適に抑えることができる。   Furthermore, evaporation of light LNG can be suppressed to suppress variation in properties, and unstable combustion can be preferably suppressed.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では極低温液化推進薬をＬＮＧとしているが、これに限らず、ＬＯ２やＬＨ２でも構わない。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although the cryogenic liquefaction propellant is LNG in the above-described embodiment, it is not limited to this and may be LO 2 or LH 2 .

本発明の一実施形態に係るＬＮＧ充填装置を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the LNG filling apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＬＮＧ充填方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the LNG filling method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＬＮＧ充填装置による配管予冷時の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state at the time of pipe | tube pre-cooling by the LNG filling apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＬＮＧ充填装置による充填時の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state at the time of filling with the LNG filling apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＬＮＧ充填装置による充填時の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state at the time of filling with the LNG filling apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 従来のＬＮＧ充填装置を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the conventional LNG filling apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１…ＬＮＧ充填装置（極低温液化推進薬充填装置）
２…機体タンク
３…貯留槽
５…供給部
６…冷却部
７…排気部
１０…制御部
４２…液化窒素流通部 1 ... LNG filling device (cryogenic liquefied propellant filling device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Airframe tank 3 ... Storage tank 5 ... Supply part 6 ... Cooling part 7 ... Exhaust part 10 ... Control part 42 ... Liquid nitrogen distribution part

Claims (3)

機体タンクを有する飛翔体の打ち上げ前に該飛翔体における前記機体タンクに極低温液化推進薬を充填する充填装置であって、
前記極低温液化推進薬が貯留される貯留槽と、
該貯留槽から前記機体タンクに前記極低温液化推進薬を供給する供給部と、
液化窒素流通部を備え、前記機体タンクと連通されて充填途中に気化した前記極低温液化推進薬を前記液化窒素流通部で再度液化して前記機体タンクに戻す冷却部と、
前記冷却部内における前記極低温液化推進薬の圧力が前記機体タンク内の目標圧力となるように前記液化窒素流通部における液化窒素の流量を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする極低温液化推進薬充填装置。 A filling device for filling a cryogenic liquefied propellant into the airframe tank in the flying body before launching the flying body having the airframe tank,
A storage tank in which the cryogenic liquefied propellant is stored;
A supply unit for supplying the cryogenic liquefied propellant from the storage tank to the airframe tank;
A cooling unit that includes a liquefied nitrogen circulation part, communicates with the airframe tank, and vaporizes the cryogenic liquefied propellant vaporized in the middle of filling again in the liquefied nitrogen circulation part and returns it to the airframe tank;
A control unit for controlling the flow rate of liquefied nitrogen in the liquefied nitrogen circulation unit so that the pressure of the cryogenic liquefied propellant in the cooling unit becomes a target pressure in the airframe tank;
A cryogenic liquefied propellant filling device characterized by comprising: 前記極低温液化推進薬は、液化天然ガスであることを特徴とする請求項１記載の極低温液化推進薬充填装置。 The cryogenic liquefaction propellant, cryogenic liquefied propellant filling device according to claim 1, characterized in that the liquefied natural gas. 機体タンクを有する飛翔体の打ち上げ前に該飛翔体における前記機体タンクに極低温液化推進薬を充填する充填方法であって、
極低温液化推進薬が貯留された貯留槽から前記極低温液化推進薬を前記機体タンクに供給する供給工程と、
充填途中で気化した前記極低温液化推進薬を、液化窒素を流通させる液化窒素流通部で再度液化する冷却工程と、
を有し、
前記冷却工程では、前記極低温液化推進薬の圧力が前記機体タンク内の目標圧力となるように前記液化窒素流通部における液化窒素の流量を制御することを特徴とする極低温液化推進薬充填方法。
A method of filling the airframe tank with a cryogenic liquefied propellant before launching the airframe having the airframe tank,
A supply step of supplying the cryogenic liquefied propellant to the airframe tank from a storage tank in which a cryogenic liquefied propellant is stored;
A cooling step of liquefying the cryogenic liquefied propellant vaporized in the middle of filling again in a liquefied nitrogen circulation section for circulating liquefied nitrogen ; and
I have a,
In the cooling step, the cryogenic liquefied propellant filling method is characterized in that the flow rate of liquefied nitrogen in the liquefied nitrogen circulation part is controlled so that the pressure of the cryogenic liquefied propellant becomes a target pressure in the airframe tank. .
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