JP2000095199A - 温度コントロールベースプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝熱抵抗が発生せず、かつ、伝熱面積が大き
くとれ、伝熱性能が優れるとともに、軽量化も図れる温
度コントロールベースプレートを提供する。 【解決手段】 ヒーター１６を加熱源、冷媒を冷却源と
して試験体１２に任意の温度環境を提供する温度コント
ロールベースプレート１０において、ベースプレート本
体１１に、冷媒を流通させる冷媒通路１３を形成すると
ともに、ヒーター１６を取付けるヒーター取付溝１４を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度コントロール
ベースプレートに関し、詳しくは、小型の宇宙環境試験
装置に用いられる温度コントロールベースプレートであ
って、特に、軽量で、熱伝達効率に優れた温度コントロ
ールベースプレートに関する。

【０００２】

【従来の技術】小型の宇宙環境試験装置は、人工衛星に
使用する部品レベルの試験体の熱真空環境試験に用いら
れ、試験体には、任意の温度環境を提供する必要があ
る。この温度環境を提供するために、温度コントロール
ベースプレート（以下、ベースプレートと記す）が使用
されている。試験体である衛星部品は、ベースプレート
の表側の面に設置され、このベースプレートの温度を変
化させることで、各種の温度環境を試験体に与えるよう
にしている。

【０００３】このベースプレートの温度コントロール
は、加熱源としては電気ヒーターを用い、冷却源として
は冷凍機で発生した冷流体や液化窒素等の冷媒を用いて
行っている。温度コントロール範囲の低温側の下限仕様
値が−７０℃までの場合は、冷媒として冷凍機で生成し
た低温フロンを使用されることが多く、それより低い場
合は液化窒素が使用されている。勿論−７０℃までの場
合でも液化窒素を使用することは可能であるが、高圧ガ
ス保安法による制約や完全無人運転が難しいなどの理由
から敬遠され、一般的にはフロン冷凍機が使用されてい
る。一方、高温側の温度コントロール範囲は＋１００〜
１５０℃が仕様値とされることが多く、加熱源としては
一般的にヒーターが用いられている。

【０００４】図６及び図７は、従来のベースプレートの
一形状例を示すもので、図６は側面図、図７は背面図で
ある。ベースプレート１は、試験体２を設置する面１ａ
とは反対側の面１ｂに、棒状のヒーター３と、冷媒が流
れる冷媒配管４とを取付けたものであって、ベースプレ
ート１の材料としては、熱伝導度が大きく、かつ、冷媒
配管４との接合性が良好な材料、例えば銅が多く用いら
れている。通常、冷媒配管４はロウ付けにより、ヒータ
ー３は金属バンド５により、それぞれベースプレート１
に固定されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、冷媒配
管４をロウ付けによってベースプレート１に固定した場
合、冷媒の冷熱は、冷媒配管４からロウ付け部のロウ材
を通して伝熱により、間接的にベースプレート１に伝え
られるので、冷媒から冷媒配管，冷媒配管からロウ材，
ロウ材からベースプレートの各層間における熱伝達抵抗
が発生し、伝熱効率が悪いものであった。また、この伝
熱部の伝熱面積は、冷媒と冷媒配管内面との伝熱面積に
比べ小さいものとなる。伝熱量は、伝熱面積に依存する
から、このように伝熱面積が小さいと、冷却速度を早く
できなかったり、応答速度が遅くなったりするという問
題があった。

【０００６】一方のヒーター３も、金属バンド５でベー
スプレート１に固定されるだけであり、接触面積が小さ
く伝熱効率が悪いので、昇温速度が遅くなってしまうい
う問題とともに、ヒーター表面の非接触面積が大きくな
るから、ヒーター表面の温度が必要以上に高くなってし
まい、制御性が悪くなったり、断線し易くなったりする
という問題があった。

【０００７】また、ベースプレート１の材質は、熱伝導
率が良いことや加工が容易という点で銅が用いられてい
るが、銅は熱伝導率が大きいという利点はあるものの、
比重が大きいので重くなり、真空容器への組み込みや取
り外しの作業性が悪いという問題があった。

【０００８】そこで本発明は、伝熱抵抗が発生せず、か
つ、伝熱面積が大きくとれ、伝熱性能が優れるととも
に、軽量化も図れる温度コントロールベースプレートを
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、本発明の温度コントロールベースプレートは、宇宙
環境試験装置内に設置され、ヒーターを加熱源、冷媒を
冷却源として試験体に任意の温度環境を提供する温度コ
ントロールベースプレートにおいて、ベースプレート本
体に、前記冷媒を流通させる冷媒通路を形成したことを
特徴としている。

【００１０】さらに、本発明の温度コントロールベース
プレートは、前記冷媒通路がにおける冷媒導入側通路と
冷媒導出側通路との冷媒同士が熱交換可能な状態で隣接
して並列に形成されていること、前記ベースプレート本
体にヒーターを取付けるヒーター取付溝を形成したこと
を特徴としている。また、前記ベースプレートの材質
が、アルミニウムであること、さらに、前記ベースプレ
ートが、前記冷媒通路を形成したプレートと、前記ヒー
ター取付溝を設けたプレートとを積層したものであるこ
とを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１乃至図３は、本発明の温度コ
ントロールベースプレートの一形態例を示すもので、図
１は側面図、図２は背面図、図３は要部の断面図であ
る。この温度コントロールベースプレート１０は、該ベ
ープレート１０を構成する板材（ベースプレート本体）
１１における試験体１２を設置する面１１ａとは反対側
の面１１ｂに、冷媒通路１３となる溝と、ヒーター取付
溝１４となる溝とを形成したものであって、冷媒通路１
３には、溝の開口を塞ぐための蓋板１５が装着され、ヒ
ーター取付溝１４には、ヒーター１６が埋め込まれた上
で蓋板１７が装着されている。

【００１２】冷媒通路１３となる溝は、冷媒導入側１３
ａから冷媒導出側１３ｂまで連続する１本の溝で形成さ
れており、溝の開口部を蓋板１５で密封することによ
り、密閉された冷媒通路１３が形成される。また、冷媒
通路１３となる溝の開口部両側には、蓋板１５を嵌着す
るための段部１３ｃが設けられており、蓋板１５は、こ
の段部１３ｃ部分に嵌めこまれた状態で、その幅方向両
縁が、突き合わせ溶接１８によってベースプレート本体
１１の裏面１１ｂに固着される。このような突き合わせ
溶接１８は、溶接の困難なアルミニウム等の材料に対し
ても比較的容易にできる溶接方法であり、また、気密性
や強度の点でも信頼性の高い溶接方法である。この冷媒
通路１３の両端の冷媒導入側１３ａと冷媒導出側１３ｂ
とには、ベースプレート本体１１の一側に開口した通孔
を介して冷媒導入配管１９ａと冷媒導出配管１９ｂとが
溶接等により密に接続されている。

【００１３】一方、ヒーター取付溝１４は、ヒーター１
６の外径と略同じ幅及び深さで形成されるものであっ
て、棒状のヒーター１６を挿入できるように、一端がベ
ースプレート本体１１の一側に開口した直線形状に形成
されており、蓋板１７は、ヒーター取付溝１４の開口部
両側に設けられた段部１４ａ部分に嵌め込まれて固定ネ
ジ２０により固着されている。

【００１４】このように形成することにより、冷媒通路
１３内を流れる冷媒とベースプレート本体１１との伝熱
が直接伝熱となるので、伝熱抵抗が発生せず、伝熱効率
が向上するとともに、冷媒が接触する溝の全面が伝熱面
積として有効に使用でき、伝熱量の増加も図れる。これ
により、伝熱能力を格段に向上させることができ、冷却
速度や応答速度を速めることができるとともに、冷媒の
消費量を低減することができる。

【００１５】さらに、ヒーター１６をヒーター取付溝１
４内に埋め込んだ状態としているので、ヒーター１６の
表面をヒーター取付溝１４の内面と蓋板１７の内面に接
触させた状態にすることができるので、ヒーター１６と
ベースプレート本体１１との接触面積を大幅に増加させ
ることができる。

【００１６】したがって、ヒーター１６からの熱を有効
にベースプレート本体１１に伝えることができるととも
に、ヒーター１６の表面の非接触面積を小さくできるの
で、ヒーター１６の表面温度が必要以上に上昇する現象
を緩和でき、温度制御性の向上や、断線の発生を少なく
することができる。また、ヒーター取付溝１４の蓋板１
７を固定ネジ２０によって固定するようにしたので、ヒ
ーター１６の取替えも容易に行うことができる。

【００１７】図４は、冷媒通路やヒーター取付溝の他の
形状例を示すベースプレートの背面図である。本形態例
に示す冷媒通路１３は、その冷媒導入側１３ａと冷媒導
出側１３ｂとを隣接して並列に形成し、両通路の冷媒同
士が熱交換可能なように形成されている。これにより、
熱負荷を与えられて温度上昇した導出側の高温の冷媒
と、導入側の低温の冷媒とを熱交換させることができ、
冷媒の冷熱をベースプレート本体１１により均一に伝え
ることができる。一方のヒーター取付溝１４は、全体を
均一に加熱できるように、上記冷媒通路１３の間を縫う
ように形成されている。

【００１８】また、図５は、冷媒通路１３の他の形状例
を示す断面図である。この冷媒通路１３は、ベースプレ
ート本体１１の裏面１１ｂに形成した冷媒通路１３より
幅広で浅い溝２１を形成しておき、この浅い溝２１の底
面に冷媒通路１３となる段部１３ｃを有する溝を形成し
たものである。このように形成することにより、蓋板１
５を固着する突き合わせ溶接１８の溶接ビード盛り上が
りがベースプレート本体１１の裏面１１ｂから突出しな
いので、ベースプレート１０を固定する架台等への取付
けに支障を来すことが無くなる。

【００１９】ベースプレート本体１１の材質は、銅やア
ルミニウム等、任意に選定できるが、特に、アルミニウ
ムを使用することにより、銅の場合の約１／３の重量で
形成することができる。特に、小型のベースプレート１
０の場合、例えば、縦横が５００×５００ｍｍで、厚み
が２５ｍｍの場合は、アルミニウムで製作することによ
り、その重量を約１３ｋｇにすることができるので、真
空容器内への組付け等の作業を一人で行うことが可能と
なり、作業性を大幅に向上させることができる。

【００２０】なお、冷媒通路１３を形成したプレート
と、ヒーター取付溝１４を形成した別のプレートとを積
層一体化してベースプレート本体を形成することもでき
る。この場合、温度制御性を考慮すると、全体で均一な
温度を得ることが容易なヒーター取付側のプレートを試
験体設置側とすることが好ましい。このように、プレー
トを冷媒側とヒーター側とで別体に形成することによ
り、冷媒通路の間にヒーター１６が位置することがなく
なるので、温度均一性を向上させることができる。

【００２１】また、上記冷媒通路１３やヒーター取付溝
１４となる溝は、数値制御旋盤（ＮＣ旋盤）を用いるこ
とにより精度良く簡単に加工することができ、ベースプ
レートの大きさや温度範囲等に応じて任意の形状で形成
することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の温度コン
トロールベースプレートによれば、冷媒やヒーターとの
伝熱面積を大幅に増加させることができるので、冷却速
度や応答速度を速めることができるとともに、冷媒量の
低減を図ることができる。また、ヒーターの制御性が高
められるとともに、断線を少なくすることができる。さ
らに、アルミニウムで製作することにより、大幅な軽量
化が図れ、作業性を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の温度コントロールベースプレートの
一形態例を示す側面図である。

【図２】 同じく背面図である。

【図３】 同じく要部の断面図である。

【図４】 冷媒通路やヒーター取付溝の他の形状例を示
すベースプレートの背面図である。

【図５】 冷媒通路の他の形状例を示す断面図である。

【図６】 従来のベースプレートの一形状例を示す側面
図である。

【図７】 同じく背面図である。

【符号の説明】

１０…温度コントロールベースプレート、１１…ベース
プレート本体、１２…試験体、１３…冷媒通路、１３ａ
…冷媒導入側、１３ｂ…冷媒導出側、１４…ヒーター取
付溝、１５…蓋板、１６…ヒーター、１７…蓋板、１８
…突き合わせ溶接、１９ａ…冷媒導入配管、１９ｂ…冷
媒導出配管、２０…固定ネジ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 宇宙環境試験装置内に設置され、ヒータ
   ーを加熱源、冷媒を冷却源として試験体に任意の温度環
   境を提供する温度コントロールベースプレートにおい
   て、ベースプレート本体に、前記冷媒を流通させる冷媒
   通路を形成したことを特徴とする温度コントロールベー
   スプレート。
2. 【請求項２】 前記冷媒通路は、冷媒導入側通路と冷媒
   導出側通路とが、両通路の冷媒同士が熱交換可能な状態
   で隣接して並列に形成されていることを特徴とする請求
   項１記載の温度コントロールベースプレート。
3. 【請求項３】 前記ベースプレート本体に、前記ヒータ
   ーを取付けるヒーター取付溝を形成したことを特徴とす
   る請求項１又は２記載の温度コントロールベースプレー
   ト。
4. 【請求項４】 前記ベースプレートの材質が、アルミニ
   ウムであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の
   温度コントロールベースプレート。
5. 【請求項５】 前記ベースプレートが、前記冷媒通路を
   形成したプレートと、前記ヒーター取付溝を設けたプレ
   ートとを積層したものであることを特徴とする請求項
   １、２、３又は４記載の温度コントロールベースプレー
   ト。