JP4051419B2

JP4051419B2 - 飛行船や気球の浮揚気体排気弁

Info

Publication number: JP4051419B2
Application number: JP2001116263A
Authority: JP
Inventors: 勝久橋本; 政明佐野
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2021-04-16
Also published as: JP2002308189A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、飛行船、特に成層圏飛行船やスーパープレッシャ気球に好適な高度調整などに用いられる浮揚気体排気弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、上空での気象科学観測に用いられているゼロプレッシャ気球１００は、図２に示すように、そのヘリウム（浮揚気体）排気弁１０１を上方にして、当該ゼロプレッシャ気球１００の下方から延出した充填管１００ａとヘリウム充填装置１０２とを互いのヘリウム充填ポート１０３に接続してヘリウムガスが充填される。そして、ゼロプレッシャ気球１００の排気弁１０１は、図３に示すように、気球１００の外皮膜１００ｂの外側に弁座１０４を取付け、この弁座１０４に固着された弁蓋受け板１０５に対して弁蓋１０６が進退できるようになっている。即ち、弁蓋受け板１０５の中央に取付けられたモータ１０７によって弁蓋１０６が同図中の矢印方向に進退できるようになっており、弁蓋１０６が開弁方向に移動すると（同図中、破線で示す）、気球１００のヘリウムガスが外部に放出され、一方、弁蓋１０６が閉弁方向に移動して弁蓋の脚部１０６ａが弁蓋受け板１０５に対し当接状態になれば、ヘリウムガスの放出が停止される。これにより、ゼロプレッシャ気球１００は、高度調整を行って上昇・降下することができる。
このような構成に係るゼロプレッシャ気球は、成層圏のような高々度における気象科学観測などに用いられることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゼロプレッシャ気球においては、特に、夜間の大気温度の低下により、気球容積が減少して浮力が低下し所定の高度を維持するのが難しくなる。この対策として、現状においては予め搭載された砂や鉄粉などの錘を投下して浮力を回復するようにしているが、投下する重量が１日で浮力の１０％にも及ぶために、長時間滞空して上述のような観測に用いることには適していない。しかるに、この対策として、気球内圧を高めて気球容積の減少を防止するようなことも考えられるが、従来の排気弁では、内圧を高めても漏洩し易い構造をしているために有効でない。
したがって、長時間滞空して上述のような観測、情報通信、測量等を行う目的で提案されている成層圏飛行船やスーパープレッシャ気球については、ゼロプレッシャ気球が行っている現状のやり方や排気弁をそのまま適用することはできない。
【０００４】
本発明の目的は、成層圏の高々度に長時間滞空して情報通信、気象科学観測、測量などを行う飛行船や気球に適した浮揚気体排気弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る飛行船や気球の浮揚気体排気弁は、飛行船や気球の高度調整のために当該飛行船や気球の、例えばヘリウムガスなどの浮揚気体を放出する排気弁であって、前記排気弁は飛行船や気球の内側に配設され、その弁座は、前記飛行船や気球の外皮膜の内側に配置され、且つ、浮揚気体の充填時にヘリウム充填装置の充填管口金が嵌め込まれる、中央部に流量計が設けられた充填口金と一体的に固定されるとともに、前記充填口金との間に前記外皮膜を挟み込んで固定され、さらに、前記排気弁が閉弁したときに当該排気弁の弁蓋の脚部が当接する弁蓋受け板が前記弁座に固着され、前記弁蓋受け板の中心部から前記脚部内側に向って湾曲する横断面視略ベルマウス形状の整流板が設けられ、前記排気弁の開弁時に前記脚部と前記弁蓋受け板との間を通り前記整流板に沿って前記流量計に通ずる態様で大気と前記外皮膜の内側とを繋ぐ気体通路が設けられ、前記排気弁は、前記脚部と前記弁蓋受け板とが当接したとき閉弁し、前記弁蓋が前記飛行船や気球の内部に向って移動すると開弁する。
【０００６】
上記請求項１に係る飛行船や気球の浮揚気体排気弁によれば、浮揚気体の圧力を弁蓋の閉弁方向に作用させて浮揚気体が漏洩し難い構造にしていることに加えて、充填口金が弁座と一体となり弁座の剛性を高めてその撓みが生じないような構造にしているため、成層圏の高々度に長時間滞空して気象科学観測などを行う飛行船や気球に適したものとなっており、また、整流板によって浮揚気体流路でのエネルギ損失を防止でき、速やかに浮揚気体を充填したり排出したりすることができるので、排気効率が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の飛行船や気球の浮揚気体排気弁に係る実施の形態を図１を参照して説明する。
本浮揚気体排気弁１は、図１に示すように、従来のものとは異なり、飛行船３の内側に配設されており、しかも、その弁座２と一体になる態様で、ヘリウムガス（浮揚気体）を飛行船３内に充填する際に用いる充填口金４が設けられ、これらが飛行船３の外皮膜３ａを挟み込むように設けられている。即ち、飛行船３の外皮膜３ａは、弁座２によって内側から、また、充填口金４によって外側から挟み込まれる構成が採られている。そして、この排気弁１には、弁座２に固着されて当該弁座２よりいくらか厚みの大きい弁蓋受け板（弁蓋受け部材）５が設けられ、この弁蓋受け板５の中心部付近で、当該排気弁１の中心軸上に位置するところにアクチュエータ６が取付けられている。かかるアクチュエータ６からは可動棒７が突設されていて、この可動棒７の一方端７ａが、扁平底を有する略お椀状弁蓋８の内底面８ａの中央に固着されている。
【０００８】
しかるに、この弁蓋８の外底面８ｂには、上述のように当該排気弁１が飛行船３の内側に配設されるために、ヘリウムガスからの圧力を常時受ける態様となっており(図１中では、矢印で外底面８ｂの作用圧力を示す)、したがって、弁蓋８は、アクチュエータ６で進退される可動棒７によって同図中の矢印方向に移動することが可能であるが、閉弁時ではその脚部８ｃが弁蓋受け板５に当接してヘリウムガス通路を遮断するとともに閉弁方向の力を常時受ける一方、開弁方向に移動するときにはヘリウムガスからの圧力に抗して移動することになる。
【０００９】
また、本排気弁１においては、弁蓋受け板５の中心部にはアクチュエータ６が取り付けられる一方、かかるアクチュエータ６に固定された基部９ａから弁蓋８の脚部８ｃ内側に向かって湾曲した横断面視略ベルマウスを形成する整流板９が設けられている。この湾曲端部９ｂの、移動する弁蓋８の脚部８ｃとのクリアランスは適宜調整されている。
尚、充填口金４から弁座２に平行にアーム１０が突設され、このアーム先端部で、本排気弁１の中心軸上に位置するところ、即ち、本排気弁１の排出口中央付近に流量計１１が取付けられており、かかる流量計１１を用いて、充填時及び排出時でのヘリウムガスの流量測定ができるようになっている。
【００１０】
次に、本排気弁１の動作について説明する。
成層圏の高々度で滞空して情報通信、気象科学観測、測量などを行っているときには、本排気弁１の弁蓋８に対し常にヘリウムガスの圧力が作用していて、本排気弁１は閉弁状態を維持する。この場合、弁蓋８の脚部８ｃから弁蓋受け板５を介して弁座２に対し大きな押圧力を作用させても、当該弁座２が充填口金４によって支持される構造となっているために弁座の剛性が高められ、当該弁座２に撓みが生じ難く、したがって、飛行船３の内部圧力を高めることができ、長期間の滞空が可能になる。
一方、例えば飛行船３の高度を調整するときや内部圧力が高くなり過ぎたときなどには、アクチュエータ６で弁蓋８を開弁方向に移動させると（図１中、破線で示す）、飛行船３内のヘリウムガスは、同図中の矢印Ａ方向に示すように排出する。このとき、ヘリウムガスが湾曲した整流板９に沿う流れとなるために速やかに排出され、流路でのエネルギ損失が防止されて排出効率が向上する。また、排出口の流量計１１によって排出量が測定されるようになっている。
【００１１】
ところで、飛行船３内にヘリウムガスを充填するときには、充填口金４にヘリウム充填装置の充填管口金（図示せず）を嵌め込みさえすればよいので、使い勝手がよく、また、ヘリウムガスが、図１中の矢印Ｂ方向に整流板９に沿う流れとなって飛行船３内に速やかに充填されるので、充填効率が向上する。このとき、本排気弁１は遮断弁として用いることができ、流量計１１によって測定される充填量が所定量に達したときに閉弁制御されるようにしてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の飛行船や気球の浮揚気体排気弁によれば、飛行船内の浮揚気体圧力を高めても漏洩し難い構造となっているために、成層圏等の高々度に長時間滞空して情報通信、気象科学観測、測量などを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る浮揚気体排気弁の構成図である。
【図２】従来から行われている気球への浮揚気体の充填方法を示す概略構成図である。
【図３】従来の浮揚気体排気弁の構成図である。
【符号の説明】
１排気弁
２弁座
３飛行船
３ａ外皮膜
４充填口金
５弁蓋受け板（弁蓋受け部材）
８弁蓋
８ｃ脚部
９整流板
９ａ基部

Claims

飛行船や気球の高度調整のために浮揚気体を放出する排気弁であって、前記排気弁は飛行船や気球の内側に配設され、前記排気弁の弁座は、前記飛行船や気球の外皮膜の内側に配置され、且つ、浮揚気体の充填時にヘリウム充填装置の充填管口金が嵌め込まれる、中央部に流量計が設けられた充填口金と一体的に固定されるとともに、前記充填口金との間に前記外皮膜を挟み込んで固定され、さらに、前記排気弁が閉弁したときに当該排気弁の弁蓋の脚部が当接する弁蓋受け板が前記弁座に固着され、前記弁蓋受け板の中心部から前記脚部内側に向って湾曲する横断面視略ベルマウス形状の整流板が設けられ、前記排気弁の開弁時に前記脚部と前記弁蓋受け板との間を通り前記整流板に沿って前記流量計に通ずる態様で大気と前記外皮膜の内側とを繋ぐ気体通路が設けられ、前記排気弁は、前記脚部と前記弁蓋受け板とが当接したとき閉弁し、前記弁蓋が前記飛行船や気球の内部に向って移動すると開弁することを特徴とする飛行船や気球の浮揚気体排気弁。