JP2782272B2 - 宇宙往還機の熱制御系排熱用蒸発装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スペースシャトル等の内部や機器を冷却し
た熱を排出するために使用する、宇宙往還機の熱制御系
排熱用蒸発装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、スペースシャトル等の宇宙往還機に関する研究
開発が進んでいる。

宇宙往還機には人間やコンピュータ等の電子機器が載
せられるため、内部の温度を高い精度で制御する必要が
ある。

このような宇宙往還機に従来から使用されている熱制
御系の一例を第２図によって説明すると、１はフロン等
の熱媒体が循環するフロン主ループであってポンプ２を
備えており、電子機器等の発熱源３、熱交換器４、ラジ
エータ５、蒸発器６を通る循環路になっている。そして
熱交換器４は、補助流体ループ７を介して燃料電池等の
発熱源８に接続されている。

上記のラジエータ５は軌道上でのみ拡げることのでき
るパネル状のものであり、燃料電池等の発熱源８で発生
した水９は水タンク10に補給され、水タンク10の水は冷
却媒体としてバルブ11、配管12を通り、蒸発器６に送ら
れるようになっている。

蒸発器６は第３図に示すように、配管12を通って来た
冷却媒体である水をノズル13から噴射させて蒸発させる
蒸発室14を備えている。蒸発室14は宇宙往還機外部の気
圧と等しい圧力になっていて、蒸発室14の一端には上述
したノズル13が設けられており、蒸発室14の他端には、
宇宙往還機の外部に開放している排出口15が設けられ、
蒸発室14内部の排出口15に近接した箇所には、邪魔板16
が配設され、該邪魔板16にはフロン主ループ１のフロン
が導かれるようになっている。蒸発室14の外周を取り巻
くジャケット17が設けてあって、フロン主ループ１を循
環するフロンはフロン入口18からジャケット17の内部に
入り、ジャケット17を通ったフロンはフロン出口19から
フロン主ループ１に戻るようになっている。

次に、上述した従来の熱制御系の温度制御について説
明する。

ポンプ２を作動してフロン主ループ１にフロンを循環
させることにより、発熱源３は直接に、発熱源８は熱交
換器４、補助流体ループ７を介して間接に、フロンで冷
却される。発熱源3,8を冷却したフロンは温度が上昇す
るので、ラジエータ５、蒸発器６のいずれかを用いて排
熱が行われ、宇宙往還機が温度制御される。

先ず、宇宙往還機の打ち上げからしばらくの時間の間
に通過する区間（大気圏）はフロン主ループ１自体の熱
容量により発熱源3,8から発生した熱をフロン主ループ
１で吸収させ、その後宇宙往還機が大気圏外に出てから
軌道に乗るまでの区間は蒸発器６を使用し、水タンク10
内の水を大気圏外の気圧と等しい極く低い圧力の蒸発室
14内へ供給することにより水を蒸発させ、蒸発の潜熱と
してフロン主ループ１の熱を排熱する。軌道上の区間で
はラジエータ５を開くことができるので、ラジエータ５
からフロン主ループ１の熱を宇宙空間に排熱する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来の宇宙往還機の熱制御系に備えられ
る蒸発器６は、水等の冷却媒体をフラッシュさせ、その
蒸発潜熱によってフロン主ループ１のフロンを冷却する
方式であるため、冷却媒体が気化することなくミスト状
のまま排出される水滴のキャリーオーバーが多く、この
ために冷却効率が低下し、冷却媒体の使用量が増加する
問題があり、又蒸発器６は中央に広い空間の蒸発室14を
必要とするために装置が大型化して占有スペースか増加
する問題があり、更に前記冷却媒体が水の場合には前記
ミストによる水滴が宇宙往還機外に排出するための排出
ダクト等に凍結してしまう恐れがある等、種々の問題を
有していた。

本発明は上述の実情に鑑みて成したもので、冷却媒体
を確実に気化せしめて排出し、ミストの水滴排出がなく
なるようにすると共に、装置の小型化が図れるようにし
た宇宙往還機の熱制御系排熱用蒸発装置を提供すること
を目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の宇宙往還機の熱制御系排熱用蒸発装置は、蒸
発室の外周に設けられ加熱媒体を内部に流通させるよう
にしたジャケットと、前記蒸発室の一端に設けられ前記
蒸発室内に冷却媒体を噴射するノズルと、前記蒸発室の
他端に設けられ前記蒸発室内の冷却媒体を排出する排出
口と、該排出口の前記蒸発室側に充填された多孔質材
と、該多孔質材の内部に設けられ加熱媒体の流通する加
熱媒体流通管と、を備えたことを特徴とするものであ
る。

［作用］ ノズルから蒸発室に噴射された冷却媒体は、ジャケッ
ト内部を流通する加熱媒体の熱を吸収して気化すると共
に、ミストは多孔質材の内部において、加熱媒体流通管
を通る加熱媒体の熱を吸収して気化した後、排出口から
排出される。

［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の縦断面図であって、蒸発
装置20は、従来と同様の配管12を通って来た冷却媒体の
水をノズル13から噴射させて蒸発させる蒸発室14を備
え、蒸発室14の一端には上述のノズル13が設けられてお
り、蒸発室14の他端には、宇宙往還機の外部に開放して
いる排出口15が設けられている。蒸発室14の外周にはジ
ャケット17が設けてあって、従来と同様なフロン主ルー
プ１を循環する加熱されたフロンの加熱媒体がフロン入
口18からジャケット17の内部に入り、ジャケット17を通
ってフロン出口19からフロン主ループ１に戻るようにな
っている。

排出口15の蒸発室14側に近接している箇所には、蒸発
室14の全断面にわたって多孔質材21が充填されている。
多孔質材21は金属の繊維焼結体、金属粉末焼結体、金網
等より成っており、多孔質材21の内部には加熱媒体流通
管22が設けてあって、加熱されたフロンの加熱媒体が通
るようになっている。

また蒸発室14内部の多孔質材21に近接した箇所には金
属製の邪魔板23が配設されており、邪魔板23の内部にも
加熱媒体流通管24が設けてあって、加熱されたフロンの
加熱媒体が通るようになっている。

次に、第１図の装置の作用を説明する。

図示しない発熱源を冷却して温度上昇したフロンは、
加熱媒体としてフロン入口18からジャケット17に入り、
ジャケット17内を通った後、フロン出口19からフロン主
ループ１に還流する。

一方、配管12を通って送られて来た冷却媒体の水は、
ノズル13から蒸発室14内に噴射される。そしてジャケッ
ト17内を通っている加熱媒体のフロンから熱を吸収して
蒸発し、加熱媒体のフロンを冷却する。蒸発室14内で蒸
発して気体となった冷却媒体は、邪魔板23のまわりを迂
回しながら加熱媒体流通管24内を通る加熱媒体の熱を吸
収して温度上昇した後、多孔質材21を通り抜ける際にも
加熱媒体流通管22内を通る加熱媒体の熱を吸収してさら
に温度上昇し、排出口から宇宙往還機外に排出される。

ノズル13から蒸発室14内に噴射されて完全に気化せず
にミスト状のままになっている冷却媒体は、邪魔板23を
迂回する際に一部は気化し、残余のミスト状の冷却媒体
は、多孔質材21によって捕捉される。そして多孔質材21
内部の加熱媒体流通管22を通る加熱媒体の熱を吸収して
気化した後、多孔質材21を通り抜けて排出口15から宇宙
往還機外に排出される。

従って排出口15から宇宙往還機外に排出される冷却媒
体は全てが気化したものとなり、ミスト状で排出される
冷却媒体は無くなることになる。

［発明の効果］ 本発明はミスト状の冷却媒体が排出されないので、ミ
ストによる水滴が排出ダクト等に凍結してしまう支障が
生じなくなる効果がある。

また冷却媒体は多孔質材の内部でも加熱媒体の熱を吸
収するので冷却効率が上昇するため、装置を小型化でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は宇宙往
還機に使用されている熱制御系の系統図、第３図は従来
の蒸発装置の縦断面図である。 図中、13はノズル、14は蒸発室、15は排出口、17はジャ
ケット、20は蒸発装置、21は多孔質材、22は加熱媒体流
通管を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B64G 1/50 B64G 1/14 F25D 1/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発室の外周に設けられ加熱媒体を内部に
   流通させるようにしたジャケットと、前記蒸発室の一端
   に設けられ前記蒸発室内に冷却媒体を噴射するノズル
   と、前記蒸発室の他端に設けられ前記蒸発室内の冷却媒
   体を排出する排出口と、該排出口の前記蒸発室側に充填
   された多孔質材と、該多孔質材の内部に設けられ加熱媒
   体の流通する加熱媒体流通管と、を備えたことを特徴と
   する宇宙往還機の熱制御系排熱用蒸発装置。