(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材を充填した第１のボンベと、
この第１のボンベに分岐して接続された複数の第１の配管と、
この複数の第１の配管にそれぞれ対応して接続された複数のパイプがスパイラル状に巻回されるとともに、この複数のパイプの先端部にそれぞれジュールトムソン弁を設けて構成された熱交換器と、
前記複数のハイプのうちのいずれか一つに連通するように接続され、かつ冷却材を充填した第２のボンベと
を具備することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
冷却材を充填した第１のボンベと、
この第１のボンベに接続された第１の配管と、
この第１の配管とは独立して設けられた第２の配管に接続され、冷却材を充填した第２のボンベと、
この第２のボンベに接続され、先端部に１個のジュールトムソン弁を形成した第１のパイプと、前記第１の配管に接続され先端部に複数個のジュールトムソン弁を設けた第２のパイプとがともにスパイラル状に巻回されて構成された熱交換器と
を具備することを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記第１のボンベは発射装置側に設けられ、
前記第２のボンベは前記発射装置に連結された飛翔体に搭載され、
前記第１の配管は、前記発射装置側と前記飛翔体側との間で、コネクタを介して分離され着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導飛翔体に搭載して好適なジュールトムソン弁を有する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛翔体誘導装置等に採用される暗視用あるいは監視用の赤外線撮像装置では、赤外線センサとして量子効果を利用した素子が多く使用される。量子効果を利用した素子は、暗電流による撮像画面への影響を排除するため、冷却系によりおよそマイナス２００℃近くの極低温下で使用されるが、その冷却系には、例えば、ジュールトムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ）弁（以下、ＪＴ弁と略称する）を有する冷却装置が採用されている。
【０００３】
図８は、飛翔体誘導装置に採用されたＪＴ弁を有する従来の冷却装置を示したもので、飛翔体Ａは発射装置Ｂに連結されており、飛翔体Ａには目標映像を捕らえるための暗視用の赤外線検知器１が搭載されている。
【０００４】
赤外線検知器１は、筒状のコールドシールド（ｃｏｌｄ  ｓｈｉｅｌｄ）部２の底部開口窓２ａ内に装着され、この赤外線検知器１を冷却するために熱交換器３がコールドシールド部２内に収納配置されている。
【０００５】
熱交換器３は、図９の一部切り欠け拡大側面図に示したように、銅製あるいはステンレス製のパイプ３ａがスパイラル（ｓｐｉｒａｌ）状に巻回されて構成されるとともに、図１０の左正面図に示したように、巻回されたパイプ３ａの先端部には０．１ｍｍφ程度のＪＴ弁３ｂが、赤外線検知器１側に向けて開口し、ジュール・トムソン効果により赤外線検知器１を冷却するように形成されている。
【０００６】
なお、ＪＴ弁３ｂが効率的な冷却機能を行なうのに適当な開口径の大きさは、予め所定範囲内と定められており、径を大とし冷却材の単位時間当たりの吐出量増加が必ずしも冷却機能の増大とはならない。
【０００７】
そこで、冷却材が充填された第１のボンベ（容器）４は発射装置Ｂ側に設けられ、この発射装置Ｂと上記熱交換器３との間は、図８に示したように、コネクタ５を介した配管６により接続されるとともに、配管６には、飛翔体Ａ内に格納された第２のボンベ７が配管７ａにより合流接続されるように構成されている。
【０００８】
発射装置Ｂ側の第１のボンベ４は、飛翔体Ａが発射装置Ｂに連結されている間、冷却材を熱交換器３に供給するので、赤外線検知器１はＪＴ弁３ｂによる冷却材の噴出により、正常動作が可能となるように冷却される。
【０００９】
良く知られているように、ＪＴ弁を有する冷却装置は、液化された窒素やアルゴン等の高圧ガスからなる冷却材の噴出・膨脹により冷却作用を行うものであるが、冷却材は噴出と同時に気化しつつ図８及び図９に矢印Ｃに示す方向に流れ、熱交換器３自体をも徐徐に冷却しつつ赤外線検知器１を冷却するので、赤外線検知器１が常動作が可能な極低温に到達するまでには相当の時間を要する。
【００１０】
一方、飛翔体Ａに搭載された第２のボンベ７は、飛翔体Ａが発射装置Ｂから切り離されて発射された後、赤外線検知器１が飛翔体Ａの要求仕様に対応して、所定時間長にわたり目標を継続して捕らえつつ飛翔できるように、熱交換器３のパイプ３ａを介して冷却材は供給される。なお、図９において、熱交換器３のパイプ３ａは筒体３ｃに巻回されており、パイプ３ａはコネクタ３ｄを介して配管６に接続される。
【００１１】
なお、図８において、飛翔体Ａ内の第２のボンベ７が作動したとき、高圧ガス等の冷却材が逆流して流出しないように、配管６には逆止弁ないしは電磁弁６ａが設けられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の冷却装置は、赤外線検知器等の被冷却部材が定常動作状態となる低温を得るまで相当の時間を要した。通常、飛翔体誘導装置等では、システム運用上、赤外線検知器の冷却立ち上がり時間、すなわち冷却材が供給され赤外線検知器の定常動作温度まで到達するまでの所要時間はできるだけ短いことが望ましい。
【００１３】
冷却立ち上がり時間の短縮のためには冷却能力を向上させることが要求されるが、上述のように、ＪＴ弁の穴径を大きくし高圧ガス等の冷却材の噴出量を増やしても、いたずらに冷却材の消費量が多くなるのみで、効果的な冷却は行われない。また、従来の装置では、ＪＴ弁の開口径を大きくしてしまうと、第２のボンベの単位時間当たり冷却材消費量が多くなり、飛翔体に搭載可能なボンベの大きさには限度がある以上、飛翔体の目標追尾等に際してその赤外線検知器の動作時間が短くなってしまうという欠点がある。
【００１４】
そこで、本発明は、冷却立ち上がり時間の短縮化を図るとともに、飛翔時等における定常動作時間を長時間にわたり維持可能なジュールトムソン弁を有する冷却装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、第１の発明による冷却装置は、冷却材を充填した第１のボンベと、この第１のボンベに分岐して接続された複数の第１の配管と、この複数の第１の配管にそれぞれ対応して接続された複数のパイプがスパイラル状に巻回されるとともに、この複数のパイプの先端部にそれぞれジュールトムソン弁を設けて構成された熱交換器と、前記複数のハイプのうちのいずれか一つに連通するように接続され、かつ冷却材を充填した第２のボンベとを具備することを特徴とする。
【００１６】
また、第２の発明の冷却装置は、冷却材を充填した第１のボンベと、この第１のボンベに接続された第１の配管と、この第１の配管とは独立して設けられた第２の配管に接続され、冷却材を充填した第２のボンベと、この第２のボンベに接続され、先端部に１個のジュールトムソン弁を形成した第１のパイプと、前記第１の配管に接続され先端部に複数個のジュールトムソン弁を設けた第２のパイプとがともにスパイラル状に巻回されて構成された熱交換器とを具備することを特徴とする。
【００１７】
このように、第１及び第２の発明の冷却装置によれば、第１のボンベを複数のＪＴ弁に接続するように構成されたので、例えば誘導飛翔体に搭載し、赤外線検知器の目標追尾機能を維持しつつ、発射前の急速な冷却立ち上げが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるジュールトムソン（ＪＴ）弁を有する冷却装置の一実施の形態を図１ないし図７を参照して詳細に説明する。なお、図８ないし図１０に示した従来の構成と同一構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００１９】
すなわち、図１は本発明によるＪＴ弁を有する冷却装置の第１の実施の形態を示した構成説明図である。
【００２０】
図１に示したように、発射装置Ｂ側は、飛翔体Ａの熱交換器３に高圧ガス等の冷却材を供給するための第１のボンベ４を有し、また飛翔体Ａには、発射装置Ｂから切り離され、空間を飛翔する間の冷却材供給源となる第２のボンベ７が搭載されている。
【００２１】
発射装置Ｂから飛翔体Ａ側に冷却材を供給するための第１の配管６はコネクタ５を介して接続されており、発射装置Ｂから飛翔体Ａへの冷却材の供給は第１の配管６を介して行われる。
【００２２】
飛翔体Ａ側の第１の配管６は、図１に示すように、途中から分岐され複数の第１の配管６１，６２となり、この複数の第１の配管６１，６２は、熱交換器３のコネクタ３ｄ１，３ｄ２を介して、筒体３ｃにスパイラル状に巻回された複数のパイプ３ａ１，３ａ２にそれぞれ対応して接続されている。
【００２３】
また、飛翔体Ａに搭載された第２のボンベ７は、複数の第１の配管６１，６２の内のいずれか一方（この実施の形態では第１の配管６１）に接続され、飛翔体Ａが発射装置Ｂから切り離されると同時に、冷却材は熱交換器３に切替え供給される。
【００２４】
そして、熱交換器Ａの各パイプ３ａ１，３ａ２の先端部には、図３に示したようにそれぞれＪＴ弁３ｂ１，３ｂ２が形成されていて、第１のボンベ４から供給される冷却材は、図４に示すように、分岐された複数本（２本）の第１の配管６１，６２から供給されて、各対応するＪＴ弁３ｂ１，３ｂ２からそれぞれ噴出するので、赤外線検知器１は急速に冷却され、赤外線検知器１の立上がり冷却時間を短縮させることができる。
【００２５】
また、飛翔体Ａが発射装置Ｂから切り離され、目標を追尾して飛翔している間は、図５に示すように、第２のボンベ７から１個のＪＴ弁（この実施の形態では３ｂ１）への冷却材供給が行われるので、従来と同様に長時間継続した冷却が可能となり、飛翔体Ａは性能仕様に則した目標追尾を継続することができる。
【００２６】
上記第１の実施の形態では、第１のボンベ４には分岐された複数の第１の配管６１，６２が接続され、冷却材はそれぞれ対応した複数のＪＴ弁３ｂ１，３ｂ２から噴出させ、また第２のボンベ７は、いずれか一方の第１の配管に接続されたＪＴ弁から噴出させるように構成したが、第１及び第２のボンベ４，７をそれぞれ独立した供給配管に接続し、第１のボンベ４からの冷却材のみを複数のＪＴ弁から噴出するように構成し同様な効果を得ることができる。
【００２７】
第１及び第２のボンベをそれぞれ独立した配管に供給するように構成した本発明による冷却装置の第２の実施の形態を図６を参照して説明する。
【００２８】
すなわち、第２の実施の形態の冷却装置は、冷却材を充填した第１のボンベ４は１本の第１の配管６を介して熱交換器３の第１のパイプ３ａ１に接続され、同じく冷却材を充填した第２のボンベ７は、第１の配管６とは独立した第２の配管８を介して、熱交換器３の第２のパイプ３ａ２に接続されるように構成した。
【００２９】
そして、熱交換器３において、スパイラル状に巻回された各第２のパイプ３ａ１，３ａ２には、図７に示したように、一方の第２のパイプ３ａ１の先端部には複数個（この実施の形態では２個）のＪＴ弁３ｂ１１，３ｂ１２が、また他方の第２のパイプ３ａ２の先端部には１個のＪＴ弁３ｂ２を形成した。
【００３０】
従って、発射装置Ｂの第１のボンベ４からの冷却材は、複数個のＪＴ弁３ｂ１１，３ｂ１２から噴出させることで、赤外線検知器１を早急に冷却するとができると同時に、飛翔体Ａ切り離し後は、第２のボンベ７からの冷却材を従来と同様に１個のＪＴ弁３ｂ２のみから噴出させるので、赤外線検知器１は長時間にわたり定常の検知動作を継続することができる。
【００３１】
なお、各ＪＴ弁３ｂ１１，３ｂ１２，３ｂ２の開口径は最適な冷却機能を発揮する大きさの範囲で良く、前述のように、必要以上に開口径を拡大しても効果的な冷却が行われるわけではない。従って、第１のボンベ４に連なる熱交換器３のＪＴ弁は、第２の実施の形態のように、１個のパイプに複数のＪＴ弁３ｂ１１，３ｂ１２を形成するほかに、第１のボンベ４に複数本のパイプを分岐して接続し、それらを熱交換器３の複数本のパイプに対応接続し、各パイプの先端部にそれぞれ１個あるいは複数個のＪＴ弁を設けることによって、急速冷却を行わしめるように構成しても良い。
【００３２】
いずれにしても、本発明によるＪＴ弁を有する冷却装置は、第１及び第２の各独立したボンベを有し、第１のボンベには複数個のＪＴ弁が連結されるように構成し、他方、第２のボンベからの冷却材はその噴出が効率的に行われるように構成したので、立上がり時の急速な冷却と、長時間にわたる継続的に冷却とを同時に実現でき、例えば誘導飛翔体装置に適用して顕著な効果を上げることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、冷却材をジュールトムソン（ＪＴ）弁へ供給して赤外線検知器等の被冷却部材を冷却する場合、冷却材を充填した複数個のボンベの内、１個のボンベから複数個のＪＴ弁に冷却材を供給するように構成したので、急速な冷却立上がりが可能となり、また他のボンベからの供給は従来と同様に継続的な冷却を維持できるので、誘導飛翔体装置等に適用して得られる実用上の効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による冷却装置の第１の実施の形態を示す構成説明図である。
【図２】図１に示す装置の熱交換器を示す一部切り欠き拡大側面図である。
【図３】図２に示す熱交換器の左正面図である。
【図４】図１に示す装置で第１のボンベを作動させた状態を示す構成図である。
【図５】図１に示す装置で第２のボンベを作動させた状態を示す構成図である。
【図６】本発明による冷却装置の第２の実施の形態を示す構成説明図である。
【図７】図６に示す熱交換器の左正面図である。
【図８】従来の冷却装置を示す構成図である。
【図９】図８に示す装置の熱交換器を示す一部切り欠き拡大側面図である。
【図１０】図９に示す熱交換器の左正面図である。
【符号の説明】
１  赤外線検知器
２  コールドシールド部
３  熱交換器
３ｂ１，３ｂ１１，３ｂ１２，３ｂ１３  ジュールトムソン（ＪＴ）弁
４  第１のボンベ
５  コネクタ
６，６１，６２  第１の配管
７  第２のボンベ
７ａ  配管
８  第２の配管
Ａ  飛翔体
Ｂ  発射装置
【図１】
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【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】
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【図７】
0003616547.tif 000008
【図８】
0003616547.tif 000009
【図９】
0003616547.tif 000010
【図１０】
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