JP2929668B2 - 低重力下用の気泡除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は宇宙基地等の低重力下で使用される気泡除
去装置に関し、冷却系統等の配管内の液体に含まれる気
泡を分離し、気泡のみを外部に排出するとともに、液体
を元の冷却系統等の配管に戻すことができるようにした
ものである。

〔従来の技術〕

宇宙船や宇宙基地等では、搭載されている機器や居住
空間の温度を所定に保つ必要から熱交換器等を備えた熱
制御系ループが配置され、外部に放熱等を行うようにし
ている。

この熱制御系ループでは、例えば第１図に示すよう
に、熱交換媒体としてフロンや水等の液体が使用され、
機器１などを冷却するための熱回収用の熱交換器２と宇
宙空間などへの放熱用の熱交換器３との間を配管４で連
通させてポンプ５で循環する形式が採用されることが多
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような熱制御系ループでは、配管４などの補修や
交換後に、冷媒を充填しなければならないが、居住空間
などで配管４内の冷媒中に気泡が混入すると、ポンプ５
のキャビテーションによる寿命の短縮化を招いたり、振
動によって無重力環境の悪化を招き、実験などに支障を
きたす恐れがあるという問題がある。

そこで、混入した気泡を除去する必要があるが、宇宙
船や宇宙基地等は、重力がほとんど作用しない低重力下
であり、地上の場合のように、気体と液体との比重差を
利用して気液分離を行うことが出来ず、例えば気液混合
流体自体の旋回流を利用した気泡分離装置（BES:Bubble
Elimination System）が用いられ、中心部に気泡を集
めて排出させるようにすることを考えている。

ところが、この気液分離装置では、分離された気泡を
排出すると、僅かではあるが、液体も一緒に排出されて
しまい、宇宙空間では簡単に得ることができない貴重な
水等が失われてしまうという問題がある。

この発明はかかる従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、低重力下であっても気泡を分離して気泡だけを
排出することができるとともに、分離された液体を回収
して元のループに戻すことができる低重力下用の気泡除
去装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するためこの発明の低重力下用の気
液混合流体を流入させる流体流入管を円筒本体の接線方
向に備え、この円筒本体に、流入する気液混合流体の旋
回流によって中心部に低圧部を形成して集められた気泡
を排出する気泡排出管を取付け、この気泡排出管に、分
離された気泡中に含まれる液体と気体とを表面張力によ
って分離する分離器本体とを接続し、この分離器本体に
分離された気体を外部に排出する排出管を取付けるとと
もに、この排出管に自動弁を取付け、前記分離器本体に
内部の圧力と外部との差圧を検出して気泡の有無を検出
し前記排出管の自動弁を開閉する差圧検出器を設ける一
方、この分離器本体に、分離された液体を前記円筒本体
から排出される液体と合流させて戻す戻り管を設けたこ
とを特徴とするものである。

〔作 用〕

この低重力下用の気泡除去装置によれば、気液混合流
体を円筒本体に接線方向から入れて旋回流を作り、気泡
を中央部に集めて気泡排出管から排出するようにして第
１段階の分離を行い、続いてこの分離された気泡を構成
する液体と気体とを分離器本体に入れて表面張力を利用
して強制的に分離するようにして第２段階の分離を行っ
て、分離器本体内と外部の差圧を差圧検出器で検出して
気泡の有無を知り、自動弁を開いて気体だけを排出管か
ら外部に排出するようにし、分離された液体を戻り管か
ら元のループに戻すことができるようにしている。

したがって、宇宙空間などの低重力下においても気泡
を液体中から除去することができるとともに、貴重な液
体を完全に分離して元の系に戻して再利用することがで
きる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

第１図〜第３図はこの発明の低重力下用の気泡除去装
置の一実施例にかかり、第１図は概略構成図、第２図
（ａ），（ｂ）は気泡分離装置部分の縦断面図及び横断
面図、第３図（ａ），（ｂ）は表面張力式の気液分離器
部分の縦断面図及び横断面図である。

この発明の低重力下用の気泡除去装置10は、例えば第
１図に示すように、熱制御系ループ中の放熱用熱交換器
３とポンプ５との間に設置され、配管４などに混入した
気泡を除去する。

この低重力下用の気泡除去装置10は、気泡混合流体自
体の旋回流によって気泡を中心部に集めて分離排出する
気泡分離装置部分11と、分離された気泡をさらに表面張
力を利用して気体と液体に分離する気液分離器部分12と
で構成されており、２段階の分離が行われるようになっ
ている。

気泡分離装置部分11は、第２図（ａ），（ｂ）に縦断
面構造及び横断面構造を示すように、円筒本体13を備え
ており、この円筒本体13の底部側面に接線方向に配置さ
れて流体流入管14が取付けられるとともに、底部中央に
気泡排出管15が取付けられ、さらに、上端に液体排出管
16が取付けられている。

そして、流体流入管14が放熱用熱交換器２の出口側の
配管４と接続され、気泡排出管15が気液分離器部分12
に、液体排出管16がポンプ５の吸込側に、それぞれ接続
されている。

したがって、流体流入管14から気液混合流体が流入す
ると、流体は円筒本体13内を旋回流となって上昇する
が、旋回流によって流体に遠心力が作用するため旋回中
心の圧力が低下し、次第に中央部に気泡Ｂが集合する。

集合した気泡Ｂは、低重力下であることから比重差で
上昇することがなく、底部の気泡排出管15からわずかな
液体とともに気液分離器部分12に送られる。また、気泡
Ｂが分離された後の液体は、ポンプ５の吸引力によって
液体排出管16から熱制御系ループに戻される。

わずかな液体とともに気泡が送られる気液分離器部分
12は、第３図（ａ），（ｂ）に縦断面構造及び横断面構
造を示すように、例えばベーン式表面張力タンクで構成
され、球形の分離器本体17を備えている。

この分離器本体17には、内部の中央部にパイプ18が取
付けられており、内部が二重管構造とされ、内外２つの
流路19,20に仕切られるとともに、分離器本体17の外部
で、内側の流路19に流入管21が接続され、外側の流路20
に戻り管22が接続されている。このパイプ18の根元近く
には、外側の流路20に連通する孔20aが形成されてお
り、気泡が分離された液体を戻すことができるようにな
っている。なお、二重管構造のパイプ18の先端では、内
側の流路19は分離器本体17と連通しており、外側の流路
20は閉塞している。

さらに、分離器本体17内のパイプ18の外側部には、板
状のベーン23が放射状に突き出して分離器本体17の内壁
面との間に上部程広く空間が明けられて取付けられてい
る。

また、分離器本体17の頂部には、分離された気泡Ｂを
宇宙空間などの外部に排出するための排出管24が内側に
突き出して設けられている。

さらに、第１図に示すように、分離器本体17頂部内側
に差圧検出器25を設けるとともに、この排出管24の分離
器本体17の外部に自動弁26が設けられており、分離器本
体17内部の圧力と外部との差圧を検出して気泡Ｂの有無
を判定し、気泡Ｂが溜まったときにのみ自動弁26を開く
ことができるようにしてある。

したがって、流入管21からパイプ18の内側の流路19を
介して気泡分離装置部分11で分離されて僅かに液体を含
む気液混合流体が分離器本体17に入れられると、ベーン
23部分に溜まることなり、分離器本体17の内壁とベーン
23との間で気泡Ｂに表面張力が作用するが、気泡Ｂの下
側で曲率半径が上側より小さいため、下側の表面張力が
より大きくなって気泡Ｂを上方に移動させ、気泡Ｂと液
体を分離する。

そして、気泡Ｂが分離されて残ったわずかな液体はパ
イプ18の根元近くの孔20aから外側の流路20及び戻り管2
2を介して熱制御系ループのポンプ５の吸込側の配管４
に戻され、再利用される。

一方、分離されて頂部に溜まった気泡Ｂは、差圧検出
器25による分離器本体17頂部の圧力と外部の圧力との差
から気泡Ｂの存在が判定されると、排出管24の自動弁26
が開かれ、真空状態の宇宙空間に排出されるようになっ
ており、確実に液体の排出を防止する。

このように旋回流を利用した気泡分離装置部分11によ
る第１段階の気泡Ｂの分離の後、表面張力を利用して気
液分離器部分12で第２段階の気液分離を行うようにして
いるので、液体に混入している気泡Ｂだけを確実に分離
することができ、しかも分離後の液体を戻り管22を介し
て再び利用することができ、貴重な液体を放出すること
がない。

なお、上記実施例では、表面張力を利用して気泡を分
離する分離器本体としてベーン式のもので説明したが、
これに限らず、メッシュを用いて表面張力を生じさせる
ものであっても良い。

また、この発明の要旨を変更しない範囲で各構成要素
に変更を加えるようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上、一実施例とともに具体的に説明したようにこの
発明の低重力下用の気泡除去装置によれば、気液混合流
体を円筒本体に接線方向から入れて旋回流を作り、気泡
を中央部に集めて気泡排出管から排出するようにして第
１段階の分離を行い、続いてこの分離された気泡を構成
する液体と気体とを分離器本体に入れて表面張力を利用
して強制的に分離するようにして第２段階の分離を行
い、分離器本体内と外部の差圧を差圧検出器で検出して
気泡の有無を知り、自動弁を開くようにしたので、気泡
だけを排出管から外部に排出することができるととも
に、分離された液体を戻り管から元のループに戻すこと
ができる。

したがって、宇宙空間などの低重力下においても気泡
を液体中から除去することができるとともに、貴重な液
体を完全に分離して元の系に戻して再利用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の低重力下用の気泡除去装置
の一実施例にかかり、第１図は概略構成図、第２図
（ａ），（ｂ）は気泡分離装置部分の縦断面図及び横断
面図、第３図（ａ），（ｂ）は表面張力式の気液分離器
部分の縦断面図及び横断面図である。 １……機器、２……熱回収用の熱交換器、３……放熱用
の熱交換器、４……配管、５……ポンプ、 10……低重力用の気泡除去装置、11……気泡分離装置部
分、12……気液分離器部分、 13……円筒本体、14……流体流入管、15……気泡排出
管、16……液体排出管、17……分離器本体、18……パイ
プ、19,20……流路、21……流入管、22……戻り管、22
a:孔、23……ベーン、 24……排出管、25……差圧検出器、26……自動弁、Ｂ…
…気泡。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気液混合流体を流入させる流体流入管を円
   筒本体の接線方向に備え、この円筒本体に、流入する気
   液混合流体の旋回流によって中心部に低圧部を形成して
   集められた気泡を排出する気泡排出管を取付け、この気
   泡排出管に、分離された気泡中に含まれる液体と気体と
   を表面張力によって分離する分離器本体を接続し、この
   分離器本体に分離された気体を外部に排出する排出管を
   取付けるとともに、この排出管に自動弁を取付け、前記
   分離器本体に内部の圧力の外部との差圧を検出して気泡
   の有無を検出し前記排出管の自動弁を開閉する差圧検出
   器を設ける一方、この分離器本体に、分離された液体を
   前記円筒本体から排出される液体と合流させて戻す戻り
   管を設けたことを特徴とする低重力下用の気泡除去装
   置。