(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内の冷媒を蒸発・凝縮させることにより閉ループの被制御系の圧力等を制御するためのアキュムレータであって、
液相冷媒を保持するための液相冷媒保持手段と、
液相冷媒を加熱し、蒸発させるための加熱手段と、
気相冷媒を冷却し、凝縮させるための冷却手段と、
前記被制御系に連通する接続口と、
を備え、前記液相冷媒保持手段は、液相冷媒を吸収可能な材質製のベーンを備え、該ベーンの端部は前記圧力容器の内面に近接しており、表面張力を利用して液保持を行うために、ベーンの接線と壁面とのなす角度が徐々に狭くなり、表面張力が変化しても安定して保持に対応できるように形成されていることを特徴とするアキュムレータ。
【請求項２】
前記ベーンは波型に形成されている請求項１に記載のアキュムレータ。
【請求項３】
前記圧力容器の内面と前記ベーンの端部との間に前記接続口が設けられている請求項１又は２に記載のアキュムレータ。
【請求項４】
前記接続口は前記圧力容器の内面と前記ベーンの端部との間の空隙に面する割れ部を有し、該割れ部を通って液相冷媒が流出入するように構成されている請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項５】
前記液相冷媒保持手段は、前記圧力容器の内面に設けられたウィックを備え、該ウィックは液相冷媒を吸収可能な材質製である請求項１〜４のいずれか１の請求項に記載のアキュムレータ。
【請求項６】
波型のベーンが複数枚設けられ、該複数のベーンと前記圧力容器の内面との間の空隙にそれぞれ前記接続口が設けられている請求項５に記載のアキュムレータ。
【請求項７】
前記複数の波型ベーンの交差部は滑らかに形成されている請求項５に記載のアキュムレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
圧力容器内の冷媒を蒸発・凝縮させることにより閉ループの被制御系の圧力、冷媒量を制御するためのアキュムレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙ステーションや人工衛星等の宇宙機に搭載される電子機器は、地上で使用される場合に比べて厳しい温度環境下に置かれる。そのため、通常、宇宙機用の電子機器は、排熱装置により冷却され、その許容温度範囲内に保たれるようになっている。従来、このような排熱装置としては、ヒートパイプ等種々の方式のものが使用されているが、大型の宇宙機に対応できるものとしては冷媒の蒸発・凝縮を利用した二相流体ループ式排熱装置がある。
【０００３】
この二相流体ループ式排熱装置は、図７に示されているように、宇宙機内に設置された蒸発器１と、宇宙空間側に設置された凝縮器２と、それらを繋ぐ配管３と、該配管３の途中に設けられたポンプ４、バルブ５，６とにより形成された閉ループの被制御系７を有し、前記蒸発器１の下流側にアキュムレータ８が接続されている。
【０００４】
図８は前記アキュムレータ８の従来例を示しており、該アキュムレータ８の圧力容器９内には液相冷媒保持部材１０が設けられている。該液相冷媒保持部材１０は、中心軸１１に対して放射状に設けられた複数枚（図８では８枚）の平板型ベーン１２と、該ベーン１２を取囲むように前記圧力容器９の内壁に沿って設けられたウィック１３とを備え、前記圧力容器９の外周壁には上下２段でヒータ１４及び冷却器１５が鉢巻き状に設けられている。さらに、前記圧力容器９の下端部中央には接続口１６が設けられ、該接続口１６は前記被制御系７に連通している。
【０００５】
前記二相流体ループ式排熱装置を起動させる場合、予め、前記被制御系７内を冷媒で充填させた上、該被制御系７内の過剰な液相冷媒を前記アキュムレータ８内に回収、備蓄させておく。そして、この状態で、前記二相流体ループ式排熱装置を起動させると、前記蒸発器１内の液相冷媒は電子機器の発熱を吸収し、蒸発、気化し、前記配管３を通って前記凝縮器２に送られる。該凝縮器２に送られた気相冷媒は、該凝縮器２を介して宇宙空間中に排熱し、再び凝縮、液化し、前記配管３、バルブ６、ポンプ４を介して前記蒸発器１に戻る。以降、前記二相流体ループ式排熱装置の運転中、同様のサイクルが繰返し行われる。この間、宇宙機内の電子機器からの熱負荷の変動に伴い、前記アキュムレータ８のヒータ１４又は冷却器１５が制御され、前記圧力容器９内の冷媒が蒸発又は凝縮される。例えば、前記ヒータ１４により、前記ベーン１２及び前記ウィック１３が加熱されると、それらに保持された液相冷媒は蒸発され、この結果、前記圧力容器９内の圧力は上昇し、前記被制御系７内の圧力も上昇する。また、前記冷却器１５により、前記圧力容器９内の気相冷媒が冷却されると、該気相冷媒は、凝縮し、前記ベーン１２又は前記ウィック１３に吸収され、液相冷媒は、前記接続口１６を通って前記被制御系７に流れ込む。このように、前記アキュムレータ８の前記圧力容器９内における圧力変化、液相の冷媒量の変化に伴い、前記被制御系７内の圧力、冷媒量が変化し、その結果、前記二相流体ループ式排熱装置の冷却容量が制御され、電子機器の温度は許容温度内に保たれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来のアキュムレータ８では、微小重力下において前記圧力容器９内を加熱すると、図１０に示されているように、冷媒の気液界面が安定せず、前記接続口１６から前記被制御系７に気液混合の冷媒が流れ込み、前記被制御系７の制御性が悪化するおそれがあった。
【０００７】
また、前記ベーン１２が平板型を成しているため、該ベーン１２の１枚当りの冷媒保持量が少なく、所要量の冷媒を保持するためには、前記ベーン１２の保持面積を大きくしたり、前記ベーン１２の設置枚数を増やす必要があった。そのため、前記圧力容器９が大きくなり、前記アキュムレータ８の小型化、軽量化が図り難いといった問題があった。
【０００８】
さらに、前記ベーン１２に保持された液相冷媒は、その表面表力により狭い領域に集まりやすいため、その多くが前記冷却器１５から遠く離れた前記中心軸１１周辺に集まってしまい、加熱時又は冷却時の熱制御性が悪くなるといった問題があった。
【０００９】
本発明は斯かる課題を解決すべくなされたものであり、小型化、軽量化が図れ、制御性の良好なアキュムレータを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧力容器内の冷媒を蒸発・凝縮させることにより閉ループの被制御系の圧力等を制御するためのアキュムレータであって、液相冷媒を保持するための液相冷媒保持手段と、液相冷媒を加熱し、蒸発させるための加熱手段と、気相冷媒を冷却し、凝縮させるための冷却手段と、前記被制御系に連通する接続口とを備え、前記液相冷媒保持手段は、液相冷媒を吸収可能な材質製のベーンを備え、該ベーンの端部は前記圧力容器の内面に近接しており、表面張力を利用して液保持を行うために、ベーンの接線と壁面とのなす角度が徐々に狭くなり、表面張力が変化しても安定して保持に対応できるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記ベーンは波型に形成されている。
【００１２】
また、前記圧力容器の内面と前記ベーンの端部との間に前記接続口が設けられている。
【００１３】
さらに、前記接続口は前記圧力容器の内面と前記ベーンの端部との間の空隙に面する割れ部を有し、該割れ部を通って液相冷媒が流出入するように構成されている。
【００１４】
さらにまた、前記液相冷媒保持手段は、前記圧力容器の内面に設けられたウィックを備え、該ウィックは液相冷媒を吸収可能な材質製である。
【００１５】
また、波型のベーンが複数枚設けられ、該複数のベーンと前記圧力容器の内面との間の空隙にそれぞれ前記接続口が設けられている。
【００１６】
さらに、前記複数の波型ベーンの交差部は滑らかに形成されている。
【００１７】
このような構成において、前記冷却装置により前記圧力容器を冷却すると、該圧力容器内の気相冷媒は、凝縮、液化し、前記ウィック又はベーンに吸収され、前記空隙、割れ部、接続口を通って、前記被制御系に流れ込み、該被制御系の冷媒量が増加する。
【００１８】
また、前記加熱装置により前記圧力容器を加熱すると、前記ウィック及びベーンに保持された液相冷媒は蒸発、気化し、前記圧力容器内の圧力は上昇し、前記被制御系の圧力も上昇する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１から図４は本発明の実施の形態に係るアキュムレータ２１を示しており、該アキュムレータ２１は、圧力容器２２と、該圧力容器２２内に設けられた液相冷媒保持手段２３と、前記圧力容器２２の外側に設けられた冷却装置２４及び加熱装置２５とから概略構成されている。
【００２１】
前記圧力容器２２は略円筒形状を成し、上面２６はドーム状に湾曲し、底面２７は平坦に形成されている。前記底面２７の両隅部の対向する位置にはそれぞれ接続口２８が設けられ、該接続口２８は被制御系（図示せず）に連通している。また、前記接続口２８の上端部２９は、前記圧力容器２２内に突出し、縦方向に割れ部３０が形成された円筒状を成している。
【００２２】
前記液相冷媒保持手段２３は、前記圧力容器２２の内面にライニングされたウィック３１と波型ベーン３２とにより構成され、前記ウィック３１及びベーン３２は共に多孔質材料製となっている。前記ベーン３２は、好ましくは、中心軸３３に対して対称形を成し、その上部中央部分は切欠され、空間３４が形成されている。また、前記ベーン３２の両端部３５は、図２及び図３に示されているように、前記ウィック３１の内面に接するように設けられ、前記両端部３５と前記ウィック３１とにより狭い空隙３６が形成されている。さらに、前記ベーン３２の両下端部３７は、図４に示されているように、前記接続口２８の上端部２９の前記中心軸３３側外周面に接するように設けられ、前記両下端部３７と前記ウィック３１の間には狭い空隙３６’が形成され、該空隙３６’に前記割れ部３０が面するようになっている。
【００２３】
また、前記冷却装置２４は前記圧力容器２２の下部を冷却可能なように設けられ、前記加熱装置２５は前記圧力容器２２の上部を加熱可能なように設けられている。
【００２４】
次に、微小重力下における前記アキュムレータ２１の作用を説明する。
【００２５】
前記冷却装置２４により前記圧力容器２２の下部を外側から冷却すると、前記圧力容器２２内の気相冷媒は凝縮され、前記ウィック３１又はベーン３２に吸収される。液相冷媒はその表面張力により狭いところに集まる性質があるので、前記ウィック３１及びベーン３２に吸収された液相冷媒は、図７に示すように、前記空隙３６周辺に集まり、前記ウィック３１及びベーン３２に沿って前記空隙３６’まで流下する。そして、流下した液相冷媒は、前記割れ部３０を通って前記接続口２８に入り、前記被制御系に流れ込み、該被制御系の冷媒量は増加する。この時、前記割れ部３０が前記空隙３６’に面しているので、液相冷媒の流れは円滑になる。
【００２６】
また、前記加熱装置２５により前記圧力容器２２の上部を外側から加熱すると、前記ウィック３１及びベーン３２に保持された液相冷媒は蒸発する。そして、この冷媒の蒸発に伴い、前記圧力容器２２内の圧力は上昇し、前記被制御系の圧力も上昇する。この時、前述したように、液相冷媒は外周側の前記空隙３６，３６’付近に集まるため、微小重力下においても安定して液相冷媒を保持することができ、気相冷媒を含まない液相冷媒を安定して前記被制御系に供給することができる。また、前記ベーン３２の端部３５側の円弧部分３８が前記圧力容器２２の周壁３９に近接しているため、前記液相冷媒と前記加熱装置２５との距離が近くなり、加熱効率を高めることができる。さらに、前記圧力容器２２内の上部には前記空間３４が形成されているので、蒸発した前記気相冷媒は、前記圧力容器２２内に安定した状態で存在することができる。
【００２７】
なお、前記ベーン３２は、図５又は図６に示すように、前記中心軸３３に対して放射状に複数枚（図５では３枚、図６では４枚）設置してもよい。この場合、各ベーン３２の下端部３７と前記ウィック３１との間にそれぞれ前記接続口２８を配置することにより、前記アキュムレータ２１から前記被制御系への液相冷媒流出量を増やすことができる。また、前記各ベーン３２の交差部４０の形状は、略三角柱状（図５参照）又は周壁部分を凹状に湾曲させた略四角柱形状（図６参照）等とし、表面を滑らかに形成させるのが好ましく、その場合には、凝縮された液相冷媒は前記ベーン３２及び交差部４０に沿ってより円滑に流れるようになる。
【００２８】
また、前記ベーン３２の形状は上記した波型に限定されるものではなく、前記端部３５が前記圧力容器２２の内面に接するような形状を有していれば、渦巻き型等他の形状であってもよい。
【００２９】
さらに、本発明の実施の形態に係るアキュムレータ２１は、宇宙機用の液体用タンクとしても使用可能であり、さらにまた、宇宙機での使用に限定されるものではなく、地上においても通常のタンクとしても使用可能であり、また、熱を利用した調圧機器としても使用可能である。この場合、前記ベーン３２は前記圧力容器２２の内面に接するような形状を有しているため、外部から容器内への伝熱性能の向上を図ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、ベーンの端部が圧力容器の内面に近接しているため、液相冷媒はベーンの端部と圧力容器内面との間の空隙に集まり、冷媒の気液界面が一定し、液相冷媒を安定して被制御系に供給することができ、被制御系の制御性を向上させることが可能となる。また、ベーンに保持された液相冷媒は圧力容器の外周付近に集まり、液相冷媒と加熱装置との距離が短くなり、制御性の向上を図ることができる。
【００３１】
さらに、ベーン１枚当りの表面積を大きくでき、多量の冷媒を保持することができると共に、圧力容器内の空間を有効に利用することが可能となるため、アキュムレータの小型化、軽量化を図ることができる等種々の優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るアキュムレータを示す立断面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】  図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態に係るアキュムレータの別の例を示す断面図である。
【図６】  本発明の実施の形態に係るアキュムレータの別の例を示す断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態に係るアキュムレータの液相冷媒の保持状態を示す断面図である。
【図８】  従来の二相流体ループ式排熱装置を示す概略構成図である。
【図９】  従来のアキュムレータを示す透視斜視図である。
【図１０】  従来のアキュムレータの液相冷媒の保持状態を示す断面図である。
【符号の説明】
２１          アキュムレータ
２２          圧力容器
２３          液相冷媒保持手段
２４          冷却装置
２５          加熱装置
２８          接続口
３０          割れ部
３１          ウィック
３２          ベーン
３５          端部
３６，３６’  空隙
４０          交差部
【図１】
0003661862.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003661862.tif 000007
【図７】
0003661862.tif 000008
【図８】
0003661862.tif 000009
【図９】
0003661862.tif 000010
【図１０】
0003661862.tif 000011