(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙環境を模擬する円筒状真空容器の軸方向端部に、ヒンジ軸線を鉛直方向にして設けたヒンジによって開閉可能に支持された扉を有し、前記真空容器本体の内部に本体部シュラウドを、前記扉の内部に扉部シュラウドをそれぞれ有する宇宙環境試験装置において、
前記扉部シュラウドを冷却するための液化窒素が流れる本体側冷媒配管である供給管及び戻り管と、前記扉部シュラウドから扉の外側に引き出された供給側及び戻り側のシュラウド側冷媒配管とを備え、
前記ヒンジ側に設けた接続用冷媒配管で前記供給管と前記供給側のシュラウド側冷媒配管とを接続するとともに、前記とは別の接続用冷媒配管で前記戻り管と前記戻り側のシュラウド側冷媒配管とを接続し、両接続用冷媒配管の一部をそれぞれ屈曲自在な断熱フレキホースで形成し、
前記ヒンジ軸線と直交する方向の水平な平面部を有するステージを、真空容器本体側と扉側とにそれぞれ固着し、真空容器本体側に固着された本体側ステージと、扉側に固着された扉側ステージとは、前記扉を開いたときに両ステージの端縁が当接して上面が面一になるように設置し、
前記両ステージ上にそれぞれ配管支持手段を移動可能に設け、
該配管支持手段は、液化窒素供給側及び液化窒素戻り側の２本の前記断熱フレキホースをそれぞれ固定するための配管固定部を上下に有する配管支持台を有し、
前記接続用冷媒配管は、本体側冷媒配管と前記シュラウド側冷媒配管との間で、水平乃至シュラウド側冷媒配管側に向かって下り勾配になるように前記配管支持手段に保持され、
前記ステージには、前記断熱フレキホースの屈曲許容範囲位置に、それ以上の断熱フレキホースの屈曲を規制するストッパー又は前記断熱フレキホースの屈曲許容範囲に対応した位置に、それ以上の前記配管支持手段の移動を規制するストッパーを備えていることを特徴とする宇宙環境試験装置。
【請求項２】
前記扉部シュラウドの冷却方式がフリーボイリング式であることを特徴とする請求項１記載の宇宙環境試験装置。
【請求項３】
前記配管支持手段は、前記配管支持台の下部に前記ステージ上を転動するキャスターを備えた配管支持台車であることを特徴とする請求項１又は２記載の宇宙環境試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙環境試験装置に関し、詳しくは、宇宙環境試験装置における真空容器端部に設けられた扉内部の扉部シュラウドに冷媒である液化窒素を供給するための冷媒配管の接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙環境試験装置は、宇宙の冷暗黒を模擬するため、高真空に排気された真空容器の内周部に、内面を黒色の高輻射率塗装で塗装され、液化窒素によって冷却されるシュラウドを設けている。このシュラウドに液化窒素を供給する方法として、▲１▼液化窒素貯槽内の圧力とシュラウド出口側の圧力との圧力差を利用して供給する方法、▲２▼液化窒素用ポンプを使用して供給する方法、▲３▼シュラウドよりも高い位置に液化窒素タンク（ヘッドタンク）を設け、このヘッドタンクの下部をシュラウドの下部に接続するとともにシュラウドの上部をヘッドタンクの上部に接続し、シュラウドでのガス化により生じる液密度の差を利用して供給する方法の３方式がある。なお、本明細書においては、液化窒素の供給の意味として、シュラウドへの液化窒素の導入とシュラウドからの液化窒素の導出との両方を含む意味で使用する場合がある。
【０００３】
前記３方式の内、特に３番目の方法は、フリーボイリング式又はサーモサイフォン式と呼ばれ、シュラウドを大気圧の液化窒素で冷却できるのでより低い環境温度が得られること、液化窒素の蒸発潜熱を有効に使用できるので液化窒素の消費量が少なくて済むことなどの利点を有しているため、最近の大型装置に多く採用されている。しかし、このフリーボイリング式では、配管途中でのガス溜まりの発生を防止するため、供給側冷媒配管は下り勾配に、戻り側冷媒配管は上り勾配になるようにしなければならないという問題がある。
【０００４】
一方、宇宙環境試験装置には、試験を行う人工衛星等を装置内に出し入れするための扉が設けられており、この扉の内部にもシュラウド（扉部シュラウド）が設けられているが、この扉部シュラウドに液化窒素を供給するための冷媒配管は、扉の開閉に対応していなければならない。特に、前記フリーボイリング式で扉部シュラウドを冷却する際には、宇宙環境試験装置を設計する上で大きな問題となる。
【０００５】
図７は、シュラウドの冷却にフリーボイリング式を採用した宇宙環境試験装置における冷媒配管の一例を示す概略系統図である。シュラウド冷却用寒冷として使用される液化窒素は、真空容器１よりも上方に設置されたヘッドタンク２から液化窒素供給主管３を通して供給され、真空容器内の複数の本体部シュラウド４と、真空容器１の軸方向端部に設けられた扉５の扉部シュラウド６とに、各供給側分岐管７、８に分岐してそれぞれ供給される。各供給側分岐管７，８における液化窒素流量は、各供給側分岐管７，８に設けた供給弁９によりそれぞれ調節される。各シュラウド４，６で一部又は全量がガス化した窒素は、密度差によって各シュラウド内流路から各戻り側分岐管１０，１１に上昇し、窒素戻り主管１２に集合してヘッドタンク３の上部に戻る。なお、ヘッドタンク３には、流入弁１３Ｖを備えた液化窒素流入管１３と、余剰の窒素ガスを排出する窒素ガス排出管１４とが設けられており、ヘッドタンク３内の液化窒素量が所定量に維持されている。
【０００６】
このような配管系統において、従来の宇宙環境試験装置では、扉５に固定されたシュラウド側冷媒配管６ａ，６ｂと、真空容器１の本体側に固定された供給側分岐管８及び戻り側分岐管１１との間に、接続部１５ａ，１５ｂを介して着脱可能とした着脱式配管１５をそれぞれ設け、扉５を開く際には、この着脱式配管１５をシュラウド側冷媒配管６ａ，６ｂと供給側分岐管８及び戻り側分岐管１１との間から取り外すようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、大型の宇宙環境試験装置では、冷却用に使用する液化窒素量も大量となり、断熱構造を含む着脱式配管１５の口径も大きくなって長さも長くなり、重量も相当なものとなるため、着脱作業が大がかりとなって多大な手間と時間とを必要としていた。
【０００８】
そこで本発明は、扉部シュラウドをフリーボイリング式で冷却するときでも、該シュラウドに液化窒素を供給する冷媒配管を取り外すことなく扉の開閉を行うことができ、液化窒素のシュラウドへの導入及びガス化した窒素のシュラウドからの導出も確実に行うことができる配管接続構造を備えた宇宙環境試験装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の宇宙環境試験装置は、宇宙環境を模擬する円筒状真空容器の軸方向端部に、ヒンジ軸線を鉛直方向にして設けたヒンジによって開閉可能に支持された扉を有し、前記真空容器本体の内部に本体部シュラウドを、前記扉の内部に扉部シュラウドをそれぞれ有する宇宙環境試験装置において、前記扉部シュラウドを冷却するための液化窒素が流れる本体側冷媒配管である供給管及び戻り管と、前記扉部シュラウドから扉の外側に引き出された供給側及び戻り側のシュラウド側冷媒配管とを備え、前記ヒンジ側に設けた接続用冷媒配管で前記供給管と前記供給側のシュラウド側冷媒配管とを接続するとともに、前記とは別の接続用冷媒配管で前記戻り管と前記戻り側のシュラウド側冷媒配管とを接続し、両接続用冷媒配管の一部をそれぞれ屈曲自在な断熱フレキホースで形成し、前記ヒンジ軸線と直交する方向の水平な平面部を有するステージを、真空容器本体側と扉側とにそれぞれ固着し、真空容器本体側に固着された本体側ステージと、扉側に固着された扉側ステージとは、前記扉を開いたときに両ステージの端縁が当接して上面が面一になるように設置し、前記両ステージ上にそれぞれ配管支持手段を移動可能に設け、該配管支持手段は、液化窒素供給側及び液化窒素戻り側の２本の前記断熱フレキホースをそれぞれ固定するための配管固定部を上下に有する配管支持台を有し、前記接続用冷媒配管は、本体側冷媒配管と前記シュラウド側冷媒配管との間で、水平乃至シュラウド側冷媒配管側に向かって下り勾配になるように前記配管支持手段に保持され、前記ステージには、前記断熱フレキホースの屈曲許容範囲位置に、それ以上の断熱フレキホースの屈曲を規制するストッパー又は前記断熱フレキホースの屈曲許容範囲に対応した位置に、それ以上の前記配管支持手段の移動を規制するストッパーを備えていることを特徴とし、特に、前記扉部シュラウドの冷却方式がフリーボイリング式であること、さらに、前記配管支持手段は、前記配管支持台の下部に前記ステージ上を転動するキャスターを備えた配管支持台車であることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図６は、本発明の宇宙環境試験装置の一形態例を示すもので、図１は配管系統図、図２は配管保持手段の一形態例を示す平面図、図３は同じく側面図、図４は扉を開いた状態を示す平面図、図５は配管支持手段の一形態例を示す正面図、図６は同じく側面図である。なお、前記図７に示した従来の宇宙環境試験装置における構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１３】
まず、本形態例に示す宇宙環境試験装置は、宇宙環境を模擬する円筒状真空容器１の軸方向端部に、ヒンジ軸線を鉛直方向としたヒンジ２０により開閉可能に支持され、シリンダー２０ａによって駆動される扉５を有し、前記真空容器１の本体内部に複数のフリーボイリング式の本体部シュラウド４を、前記扉５の内部にフリーボイリング式の扉部シュラウド６をそれぞれ有している。そして、前記扉部シュラウド６を冷却するための液化窒素が流れる本体側冷媒配管である供給側分岐管８及び戻り側分岐管１１と、前記扉部シュラウド６から扉５の最上部から外側に引き出されたシュラウド側冷媒配管６ａ，６ｂとを、前記ヒンジ２０側に設けた屈曲自在な断熱フレキホースからなる可撓性断熱配管２１による接続用冷媒配管でそれぞれ接続するとともに、扉開閉時における前記可撓性断熱配管２１の屈曲変形を許容するようにして該可撓性断熱配管２１を保持する配管保持手段２２を設けたものである。なお、屈曲自在な可撓性断熱配管には、通常、内部を真空断熱した二重管方式の断熱フレキホースが用いられるが、他の形式の配管であってもよい。
【００１４】
本形態例に示す宇宙環境試験装置において、前記本体部シュラウド４を冷却するための液化窒素は、真空容器１よりも上方に設置されたヘッドタンク２から液化窒素供給主管３に流下し、供給側分岐管７に分岐して供給弁９で流量をそれぞれ調節された後、本体部シュラウド４の最下端部からシュラウド内流路に導入される。本体部シュラウド４内で一部が気化した液化窒素は、液密度差によってシュラウド内流路を上昇し、シュラウド最上部から戻り側分岐管１０を経て窒素戻り主管１２内を上昇し、ヘッドタンク３の上部に戻る。
【００１５】
同様に、扉部シュラウド６を冷却するための液化窒素は、前記ヘッドタンク２から液化窒素供給主管３を経て供給側分岐管８に流れ、供給弁９で流量を調節されてから前記可撓性断熱配管２１を通り、供給側のシュラウド側冷媒配管６ａを流れ、さらに、シュラウド側冷媒配管６ａと扉部シュラウド６の流路最下端部とを扉内部で鉛直方向に接続する立ち下がり管６ｃを流れて扉部シュラウド６の最下端部からシュラウド内流路に導入される。扉部シュラウド６に導入された液化窒素は、熱負荷を受けた部分で液化窒素がガス化することにより、立ち下がり管６ｃまでの供給側液化窒素に比べて液密度が小さくなるので、シュラウド内流路を上昇してシュラウド最上部から戻り側のシュラウド側冷媒配管６ｂに導出し、前記可撓性断熱配管２１を通って戻り側分岐管１１を通り、窒素戻り主管１２内を上昇してヘッドタンク３の上部に戻る。
【００１６】
このように、フリーボイリング式の扉部シュラウド６に可撓性断熱配管２１を介して液化窒素を供給する際の条件として、可撓性断熱配管２１には、扉５の開閉操作において、よじれが発生しないこと、繰り返し曲げ半径以上の曲げ半径であること、局部に過大な曲げが生じないこと、さらに、ガス溜まりの発生を防止するために、供給側の液流れが水平乃至下り勾配であること、戻り側の液流れが水平乃至上り勾配であることなどが求められる。
【００１７】
したがって、前記可撓性断熱配管２１は、扉５を開閉するときに該可撓性断熱配管２１の屈曲変形を許容しながら、前記条件を満足するようにして該可撓性断熱配管２１を保持することができる配管保持手段２２を設ける必要がある。本形態例では、このような配管保持手段２２として、前記ヒンジ軸線と直交する方向の平面部、すなわち、水平な平面部を有するステージ２３，２４と、該ステージ２３，２４上を移動可能な複数の配管支持台車２５と、可撓性断熱配管２１の屈曲範囲を規制するストッパー２６，２７とを設けている。
【００１８】
前記ステージ２３，２４は、真空容器本体側に固着された本体側ステージ２３と、扉側に固着された扉側ステージ２４とからなり、両ステージ２３，２４は、扉５を９０度開いたときに両ステージの端縁２３ａ，２４ａが当接して上面が面一になるように設置されている。
【００１９】
配管支持手段である前記配管支持台車２５は、図５及び図６に示すように、液化窒素供給側及び液化窒素戻り側の２本の可撓性断熱配管２１をそれぞれ固定するための上下に配管固定部３１，３２を有する門型フレームからなる配管支持台３３と、該配管支持台３３の脚部３４に設けられた４個のキャスター３５とにより形成されており、両可撓性断熱配管２１は、両配管固定部３１，３２に固定バンド３６でそれぞれ締め付け固定するようにしている。
【００２０】
本形態例では、両可撓性断熱配管２１は、下方に供給側を、上方に戻り側を上下に重なるようにして配置し、両端をそれぞれ同一高さ位置に設けたフランジ継手２１ａ，２１ｂで前後の固定配管に接続するようにしているため、前記配管支持台車２５における両配管固定部３１，３２は、ステージ２３，２４上において継手２１ａ，２１ｂと同じ高さに位置している。したがって、両可撓性断熱配管２１は、配管保持手段２２によって常に水平状態を維持した状態で保持されることになる。なお、本体側のフランジ継手２１ａを扉側のフランジ継手２１ｂよりも高位置に設置して供給側を下り勾配に、戻り側を上り勾配にすることも可能であるが、この場合は、本体側のフランジ継手２１ａに近い配管支持台車２５の両固定部３１，３２を、相対的に扉側のフランジ継手２１ｂに近い配管支持台車２５の両固定部３１，３２よりも高くなるように設定すればよい。また、両固定部３１，３２を同じ高さにしてステージ２３，２４の平面部を本体側から扉側に向かって下り傾斜にしたり、配管支持台車２５の移動範囲に対応させて階段状にしたりすることも可能である。また、継手構造は、着脱が容易に行えるフランジ構造が最適であるが、溶接等の他の方式を選択することもできる。
【００２１】
前記ストッパー２６，２７は、可撓性断熱配管２１の屈曲許容範囲を規制するためのものであって、内側のストッパー２６は扉閉止時における可撓性断熱配管２１の最大屈曲側を規制する位置に設けられており、外側のストッパー２７は扉開放時における可撓性断熱配管２１の伸長側を規制する位置に設けられている。なお、本形態例では、可撓性断熱配管２１がストッパー２６，２７に当接するようにしているが、可撓性断熱配管２１に代えて前記配管支持台車２５が当接するようにストッパーを設置して配管支持台車２５の移動範囲を規制するようにしてもよい。
【００２２】
このようなストッパー２６，２７を設けることにより、扉５を開閉したときの可撓性断熱配管２１の屈曲状態を一定に保つことができるので、可撓性断熱配管２１が局所的に折れ曲がってしまうことを防止できる。また、扉５の開位置や閉位置で可撓性断熱配管２１に外力が加わっても、可撓性断熱配管２１がストッパー２６，２７に当接して保持された状態となっているので、外力による異常変形も防止できる。なお、ストッパー２６，２７の形状は任意であり、可撓性断熱配管２１の全長にわたって柵状や板状で連続的に設けるようにしてもよい。
【００２４】
このようにして可撓性断熱配管２１の屈曲変形を所定の範囲内で許容しながら、常に水平方向に保持することにより、扉５を開閉する際に可撓性断熱配管２１によじれが発生したり、曲げ半径が小さくなりすぎたり、局部に過大な曲げが生じたりすることを防止でき、ガス溜まりの発生も防止することができる。したがって、密度差を駆動源として液化窒素を供給するフリーボイリング式の扉部シュラウド６への液化窒素の導入及びガス化した窒素のシュラウドからの導出も確実に行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の宇宙環境試験装置によれば、扉部シュラウドとして効果的かつ高効率で冷却を行えるフリーボイリング式シュラウドを採用しても、扉を開くときに配管を着脱する必要がなくなり、試験対象機器の出し入れや内部点検等を行う際の扉の開閉を、人手を必要とせずに容易にかつ自動的に行うことができる。したがって、使い勝手を損なうことなく、宇宙環境装置全体にフリーボイリング式シュラウドを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の宇宙環境試験装置の一形態例を示す配管系統図である。
【図２】  配管保持手段の一形態例を示す平面図である。
【図３】  同じく側面図である。
【図４】  同じく扉を開いた状態を示す平面図である。
【図５】  配管支持手段の一形態例を示す正面図である。
【図６】  同じく側面図である。
【図７】  従来の宇宙環境試験装置における冷媒配管の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
１…真空容器、２…ヘッドタンク、３…液化窒素供給主管、４…本体部シュラウド、５…扉、６…扉部シュラウド、６ａ，６ｂ…シュラウド側冷媒配管、６ｃ…立ち下がり管、７…供給側分岐管、８…供給側分岐管、９…供給弁、１０…戻り側分岐管、１１…戻り側分岐管、１２…窒素戻り主管、２０…ヒンジ、２０ａ…シリンダー、２１…可撓性断熱配管、２１ａ，２１ｂ…フランジ継手、２２…配管保持手段、２３，２４…ステージ、２３ａ，２４ａ…ステージの端縁、２５…配管支持台車、２６，２７…ストッパー、３１，３２…配管固定部、３３…配管支持台、３４…脚部、３５…キャスター、３６…固定バンド
【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】
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