JP6568889B2 - 宇宙環境試験装置の温度制御方法および宇宙環境試験装置 - Google Patents
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Description
本発明は、人工衛星などの試験のために宇宙環境を模擬する宇宙環境試験装置およびその温度制御方法に関する。
宇宙環境試験装置とは、真空槽内を宇宙環境に近い状態にし、人工衛星などの試験体を宇宙空間に送り出す前に該試験体に対して地球上で動作確認などの試験を行うための装置である。
一般的に、宇宙環境試験装置では、真空槽の内部にシュラウドと呼ばれる熱吸収壁が設けられている。このシュラウドを１００Ｋ以下に冷やすことで、真空槽内に宇宙環境に近い冷暗黒状態を模擬できる。また、温度を制御したガスをシュラウドに循環させることでシュラウドを任意の温度（１００〜３７３Ｋ程度）に制御でき、真空槽内を任意の温度環境にすることができる。
一般的に、宇宙環境試験装置では、真空槽の内部にシュラウドと呼ばれる熱吸収壁が設けられている。このシュラウドを１００Ｋ以下に冷やすことで、真空槽内に宇宙環境に近い冷暗黒状態を模擬できる。また、温度を制御したガスをシュラウドに循環させることでシュラウドを任意の温度（１００〜３７３Ｋ程度）に制御でき、真空槽内を任意の温度環境にすることができる。
図２はこのような宇宙環境試験装置の一例であり、非特許文献１に開示されたものを分かり易くするために模式的に図示したものである。
図２に示す従来の宇宙環境試験装置１００は、シュラウド１０１が内部に設けられた真空槽１０２と、シュラウド１０１に供給されるガスが循環する循環ライン１０３と、循環ライン１０３に設けられてガスを循環させるガス循環用ブロワ１０４と、循環ライン１０３に設けられ、ガス循環用ブロワ１０４の上流側のガスと下流側のガスとで熱交換する主熱交換器１０５と、循環ライン１０３におけるガス循環用ブロワ１０４の一次側（上流側）に設けられてガスの圧力を制御するガス圧力制御部１０６と、循環ライン１０３におけるガス循環用ブロワ１０４の二次側（下流側）に設けられてガスを冷却するガス冷却部１０７と、ガスを加熱するガス加熱部１０８と、ガスの温度を測定する温度測定部１０９と、温度測定部１０９の測定値に基づいてガスの加熱又は冷却を制御する第２制御部１１０とを備えている。
図２に示す従来の宇宙環境試験装置１００は、シュラウド１０１が内部に設けられた真空槽１０２と、シュラウド１０１に供給されるガスが循環する循環ライン１０３と、循環ライン１０３に設けられてガスを循環させるガス循環用ブロワ１０４と、循環ライン１０３に設けられ、ガス循環用ブロワ１０４の上流側のガスと下流側のガスとで熱交換する主熱交換器１０５と、循環ライン１０３におけるガス循環用ブロワ１０４の一次側（上流側）に設けられてガスの圧力を制御するガス圧力制御部１０６と、循環ライン１０３におけるガス循環用ブロワ１０４の二次側（下流側）に設けられてガスを冷却するガス冷却部１０７と、ガスを加熱するガス加熱部１０８と、ガスの温度を測定する温度測定部１０９と、温度測定部１０９の測定値に基づいてガスの加熱又は冷却を制御する第２制御部１１０とを備えている。
ガス圧力制御部１０６は、外部からガスを補充するガス補充部１１１と、外部にガスを放出するガス放出部１１２と、ガス圧力を測定する圧力測定部１１３と、圧力測定部の測定値に基づいてガス補充部１１１及びガス放出部１１２を制御する第１制御部１１４とを備えている。
上記のように構成された従来の宇宙環境試験装置１００では、循環ライン１０３を循環するガスは、ガス圧力制御部１０６において、ガス補充部１１１とガス放出部１１２を制御することで圧力が一定となるように制御されている。
また、ガスの温度については、第２制御部１１０がガス冷却部１０７およびガス加熱部１０８をそれぞれ操作することによって制御している。具体的には、第２制御部１１０において、温度測定部１０９の測定値が規定の値となるように、ガス冷却部１０７およびガス加熱部１０８に対して所謂スプリット制御を行っている。
さらに、真空槽１０２内の試験体の発熱量が多く、シュラウド１０１の入口と出口との温度差が大きい場合には、ガス循環用ブロワ１０４によるガスの循環流量を増やすなど、ガスの循環流量を制御する。
上記のような制御により、真空槽１０２内の温度を任意の温度に制御することができる。
また、ガスの温度については、第２制御部１１０がガス冷却部１０７およびガス加熱部１０８をそれぞれ操作することによって制御している。具体的には、第２制御部１１０において、温度測定部１０９の測定値が規定の値となるように、ガス冷却部１０７およびガス加熱部１０８に対して所謂スプリット制御を行っている。
さらに、真空槽１０２内の試験体の発熱量が多く、シュラウド１０１の入口と出口との温度差が大きい場合には、ガス循環用ブロワ１０４によるガスの循環流量を増やすなど、ガスの循環流量を制御する。
上記のような制御により、真空槽１０２内の温度を任意の温度に制御することができる。
R A Haufer,"Vacuum and cryotechniques in space research"Vacuum volume22 number8
非特許文献１に開示された宇宙環境試験装置１００において用いられているガス循環用ブロワ１０４は、常温のガスには用いることができるが、１００〜３７３Ｋのような広い温度範囲のガスには使用できないものである。シュラウド１０１から排気されるガスは温度範囲が広いため、そのままの温度ではガス循環用ブロワ１０４に供給することができない。そこで、従来の宇宙環境試験装置１００では図２に示すように、ガス循環用ブロワ１０４の一次側と二次側との間のガス同士で熱交換をする主熱交換器１０５を設け、これによって常温用のガス循環用ブロワ１０４を使用可能にしていた。
しかしながら、この主熱交換器１０５は、真空槽１０２から排気される低温のガスを熱交換によってガス循環用ブロワ１０４が使用可能な温度に加熱するため、大きな伝熱面積が必要であり、その結果、主熱交換器自体が大型化し、コストアップの要因となるだけでなく、宇宙環境試験装置の小型化を妨げていた。
また、宇宙環境試験装置１００では、循環するガスが一定圧力となるように制御されていたため、主熱交換器１０５の二次側でガスが高温となる領域では、ガスの質量流量を一定とするためにガスの体積流量が大きくなる。このため、ガス循環時の圧力損失を抑えるために配管のサイズを大きくしなければならず、この点でも装置の大形化の要因となっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、サイズの小型化が可能な宇宙環境試験装置の温度制御方法および宇宙環境試験装置を提供することを目的としている。
（１）本発明に係る宇宙環境試験装置の温度制御方法は、真空槽内に設けたシュラウドにガスを循環させながら供給して前記シュラウドの温度を制御する宇宙環境試験装置の温度制御方法であって、
前記シュラウドから排出されたガスを、ガス循環用ブロワで吸入して前記シュラウドに向けて供給するように循環させるガス循環工程と、前記ガス密度を制御するガス密度制御工程とを有し、
前記ガス循環工程に用いる前記ガス循環用ブロワは、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワであり、該ガス循環用ブロワは前記シュラウドから排出されたガスを熱交換することなく吸入することを特徴とするものである。
前記シュラウドから排出されたガスを、ガス循環用ブロワで吸入して前記シュラウドに向けて供給するように循環させるガス循環工程と、前記ガス密度を制御するガス密度制御工程とを有し、
前記ガス循環工程に用いる前記ガス循環用ブロワは、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワであり、該ガス循環用ブロワは前記シュラウドから排出されたガスを熱交換することなく吸入することを特徴とするものである。
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記ガス密度制御工程は、前記密度が一定となるように制御することを特徴とするものである。
（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記ガス密度制御工程は、前記シュラウドのガス入口とガス出口での前記ガスの温度差が規定の値よりも小さい場合に、前記ガス循環用ブロワへ吸入されるガスの密度を低減させるように密度制御して、前記ガス循環用ブロワでの発熱を低減させることを特徴とするものである。
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記ガス循環用ブロワとして回転数の制御が可能なものを用いて、前記シュラウドのガス入口とガス出口での前記ガスの温度差が規定の値よりも小さい場合に前記ガス循環用ブロワの回転数を低減させ、前記ガス循環用ブロワの発熱を低減させることを特徴とするものである。
（５）本発明に係る宇宙環境試験装置は、真空槽内に設けたシュラウドにガスを循環させながら供給して前記シュラウドの温度を制御する宇宙環境試験装置であって、
一端側が前記シュラウドのガス入口に連結され、他端が前記シュラウドのガス出口に連結され、前記シュラウドを介してガスを循環させるガス循環ラインと、
該ガス循環ラインに設けられて前記ガスの密度を制御するガス密度制御部と、
前記ガス循環ラインにおける前記ガス密度制御部の二次側に設けられ、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワと、
前記ガス循環ラインにおける前記ガス循環用ブロワの二次側に設けられ、前記ガスの温度を制御するガス温度制御部と、を有することを特徴とするものである。
一端側が前記シュラウドのガス入口に連結され、他端が前記シュラウドのガス出口に連結され、前記シュラウドを介してガスを循環させるガス循環ラインと、
該ガス循環ラインに設けられて前記ガスの密度を制御するガス密度制御部と、
前記ガス循環ラインにおける前記ガス密度制御部の二次側に設けられ、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワと、
前記ガス循環ラインにおける前記ガス循環用ブロワの二次側に設けられ、前記ガスの温度を制御するガス温度制御部と、を有することを特徴とするものである。
（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記ガス密度制御部は、前記ガスの温度を測定する第１温度測定部と、前記ガスの圧力を測定する圧力測定部と、前記ガス循環ラインにガスを補充するガス補充部と、前記ガスを外部に放出するガス放出部と、前記第１温度測定部と前記圧力測定部との測定値に基づいて前記ガス補充部及び前記ガス放出部を制御する第１制御部とを備えていることを特徴とするものである。
（７）また、上記（５）又は（６）に記載のものにおいて、前記ガス温度制御部は、前記ガスの温度を測定する第２温度測定部と、前記ガスを冷媒と熱交換することで冷却するガス冷却部と、前記ガスを加熱するガス加熱部と、前記第２温度測定部の測定値に基づいて前記ガス冷却部及び前記ガス加熱部を制御する第２制御部とを備えていることを特徴とするものである。
（８）また、上記（５）乃至（７）のいずれかに記載のものにおいて、前記ガス循環用ブロワは、回転数の制御が可能なものであることを特徴とするものである。
本発明においては、真空槽内に設けたシュラウドにガスを循環させながら供給して前記シュラウドの温度を制御する宇宙環境試験装置の温度制御方法であって、
前記シュラウドから排出されたガスを、熱交換することなくガス循環用ブロワで吸入して前記シュラウドに向けて供給するように循環させるガス循環工程と、前記ガス密度を制御するガス密度制御工程とを有し、前記ガス循環工程に用いる前記ガス循環用ブロワは、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワを用いるようにしたことにより、従来必要であった主熱交換器を必要とせず、ガスの密度を制御することで、配管サイズを抑えることができる。これによって、宇宙環境試験装置のサイズを低減させることができる。
前記シュラウドから排出されたガスを、熱交換することなくガス循環用ブロワで吸入して前記シュラウドに向けて供給するように循環させるガス循環工程と、前記ガス密度を制御するガス密度制御工程とを有し、前記ガス循環工程に用いる前記ガス循環用ブロワは、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワを用いるようにしたことにより、従来必要であった主熱交換器を必要とせず、ガスの密度を制御することで、配管サイズを抑えることができる。これによって、宇宙環境試験装置のサイズを低減させることができる。
［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係る宇宙環境試験装置について、図１を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、発明の理解に資するために、便宜上発明の特徴となる部分を強調するために拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
本発明の一実施の形態に係る宇宙環境試験装置について、図１を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、発明の理解に資するために、便宜上発明の特徴となる部分を強調するために拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
本実施の形態に係る宇宙環境試験装置１は、図１に示すように、シュラウド２が内部に設けられた真空槽３と、シュラウド２に供給されるガスが循環するガス循環ライン４と、ガス循環ライン４に設けられてガスを循環させるガス循環用ブロワ５と、ガス循環ライン４上に設けられてガス循環用ブロワ５の一次側のガス密度を制御するガス密度制御部６と、ガス循環ライン４においてガス循環用ブロワ５の二次側に設けられてガスを冷却するガス冷却部７と、ガスを加熱するガス加熱部８と、ガスの温度を測定する第２温度測定部９と、第２温度測定部９の測定値に基づいてガスのガス加熱部８及びガス冷却部７を制御する第２制御部１０とを備えている。なお、ガス冷却部７、ガス加熱部８、第２温度測定部９及び第２制御部１０が本発明のガス温度制御部として機能する。
以下、各構成を詳細に説明する。
以下、各構成を詳細に説明する。
＜真空槽＞
真空槽３は、真空槽３内に設置する試験体の大きさにあわせて様々な大きさにすることができる。試験体が小型の部品等である場合は、例えば０．１ｍ×０．１ｍ×０．１ｍ程度の大きさであればよく、試験体が大型人工衛星である場合は、例えば５ｍ×８ｍ×５ｍ程度の大きさであればよい。真空槽３の材質は、ＳＵＳ３０４としたが、これに限定されるものではなく、真空に耐えることができる材質であれば使用することができる。
真空槽３は、真空槽３内に設置する試験体の大きさにあわせて様々な大きさにすることができる。試験体が小型の部品等である場合は、例えば０．１ｍ×０．１ｍ×０．１ｍ程度の大きさであればよく、試験体が大型人工衛星である場合は、例えば５ｍ×８ｍ×５ｍ程度の大きさであればよい。真空槽３の材質は、ＳＵＳ３０４としたが、これに限定されるものではなく、真空に耐えることができる材質であれば使用することができる。
＜シュラウド＞
シュラウド２には任意の温度のガスが供給されることで加熱もしくは冷却され、真空槽３内を規定の温度にすることができる。シュラウド２の材質は、Ａ６０６３（アルミ合金）としたが、これに限定されるものではなく、１００〜３７３Ｋの範囲の温度や真空に耐えることができる材質であれば使用することができる。
シュラウド２には任意の温度のガスが供給されることで加熱もしくは冷却され、真空槽３内を規定の温度にすることができる。シュラウド２の材質は、Ａ６０６３（アルミ合金）としたが、これに限定されるものではなく、１００〜３７３Ｋの範囲の温度や真空に耐えることができる材質であれば使用することができる。
＜ガス循環ライン＞
ガス循環ライン４は、ガスを循環するための配管で構成されている。ガス循環ライン４に用いる配管の材質は、ＳＵＳ３０４としたが、これに限定されるものではなく、１００〜３７３Ｋの範囲の温度やガスと反応しない材質であれば使用することができる。
また、循環させるガスは窒素を用いたが、これに限定されるものではなく、任意のガスを用いることができる。
ガス循環ライン４は、ガスを循環するための配管で構成されている。ガス循環ライン４に用いる配管の材質は、ＳＵＳ３０４としたが、これに限定されるものではなく、１００〜３７３Ｋの範囲の温度やガスと反応しない材質であれば使用することができる。
また、循環させるガスは窒素を用いたが、これに限定されるものではなく、任意のガスを用いることができる。
＜ガス密度制御部＞
ガス密度制御部６は、循環するガスの密度を制御する。実施の形態１では、ガス密度制御部６によってガスの密度を一定に制御することとした。
ガス密度制御部６は、外部からガスを補充するガス補充部１１と、外部にガスを放出するガス放出部１２と、ガス温度を測定する第１温度測定部１３と、ガス圧力を測定する圧力測定部１４と、第１温度測定部１３と圧力測定部１４の測定値に基づいてガス補充部１１及びガス放出部１２を制御する第１制御部１５とを備えている。
ガス密度制御部６は、循環するガスの密度を制御する。実施の形態１では、ガス密度制御部６によってガスの密度を一定に制御することとした。
ガス密度制御部６は、外部からガスを補充するガス補充部１１と、外部にガスを放出するガス放出部１２と、ガス温度を測定する第１温度測定部１３と、ガス圧力を測定する圧力測定部１４と、第１温度測定部１３と圧力測定部１４の測定値に基づいてガス補充部１１及びガス放出部１２を制御する第１制御部１５とを備えている。
＜ガス補充部＞
ガス補充部１１は、宇宙環境試験装置１の外部よりガス循環ライン４内にガスを補充する第１配管１６と第１制御弁１７とから構成されている。第１制御弁１７は第１制御部１５と電気的に接続されており、第１制御部１５により弁開度が制御される。第１制御弁１７が開くことでガス循環ライン４内にガスが供給される。宇宙環境試験装置１の外部のガス源は、高圧ガス容器（図示せず）としたが、これに限定されるものではない。また、第１制御弁１７は空気圧制御弁としたが、これに限定されるものではない。
ガス補充部１１は、宇宙環境試験装置１の外部よりガス循環ライン４内にガスを補充する第１配管１６と第１制御弁１７とから構成されている。第１制御弁１７は第１制御部１５と電気的に接続されており、第１制御部１５により弁開度が制御される。第１制御弁１７が開くことでガス循環ライン４内にガスが供給される。宇宙環境試験装置１の外部のガス源は、高圧ガス容器（図示せず）としたが、これに限定されるものではない。また、第１制御弁１７は空気圧制御弁としたが、これに限定されるものではない。
＜ガス放出部＞
ガス放出部１２は、宇宙環境試験装置１の外部にガスを放出する第２配管１８と第２制御弁１９とから構成されている。第２制御弁１９は第１制御部１５と電気的に接続されており、第１制御部１５により弁開度が制御される。第２制御弁１９が開くことで、ガス循環ライン４内のガスが宇宙環境試験装置１の外部に放出される。第２制御弁１９は空気圧制御弁としたが、これに限定されるものではない。
ガス放出部１２は、宇宙環境試験装置１の外部にガスを放出する第２配管１８と第２制御弁１９とから構成されている。第２制御弁１９は第１制御部１５と電気的に接続されており、第１制御部１５により弁開度が制御される。第２制御弁１９が開くことで、ガス循環ライン４内のガスが宇宙環境試験装置１の外部に放出される。第２制御弁１９は空気圧制御弁としたが、これに限定されるものではない。
＜第１温度測定部＞
第１温度測定部１３は、ガス循環ライン４内のガスの温度を測定し、第１制御部１５に測定値を送信する。第１温度測定部１３は、第１制御部１５と電気的に接続されている。第１温度測定部１３はＴ型熱電対を用いたが、これに限定されるものではない。
第１温度測定部１３は、ガス循環ライン４内のガスの温度を測定し、第１制御部１５に測定値を送信する。第１温度測定部１３は、第１制御部１５と電気的に接続されている。第１温度測定部１３はＴ型熱電対を用いたが、これに限定されるものではない。
＜圧力測定部＞
圧力測定部１４は、ガス循環ライン４内のガスの圧力を測定し、第１制御部１５に測定値を送信する。圧力測定部１４は第１制御部１５と電気的に接続されている。圧力測定部１４は圧力センサーを用いたが、これに限定されるものではない。
圧力測定部１４は、ガス循環ライン４内のガスの圧力を測定し、第１制御部１５に測定値を送信する。圧力測定部１４は第１制御部１５と電気的に接続されている。圧力測定部１４は圧力センサーを用いたが、これに限定されるものではない。
＜第１制御部＞
第１制御部１５は、第１温度測定部１３および圧力測定部１４の測定値に基づいて、ガス補充部１１に設けられた第１制御弁１７及びガス放出部１２に設けられた第２制御弁１９の弁開度を制御することで、ガス循環ライン４内のガスの密度を制御する。第１制御部１５はＰＬＣを用いたが、これに限定されるものではない。
第１制御部１５は、第１温度測定部１３および圧力測定部１４の測定値に基づいて、ガス補充部１１に設けられた第１制御弁１７及びガス放出部１２に設けられた第２制御弁１９の弁開度を制御することで、ガス循環ライン４内のガスの密度を制御する。第１制御部１５はＰＬＣを用いたが、これに限定されるものではない。
＜ガス循環用ブロワ＞
ガス循環用ブロワ５は、ガス循環ライン４内のガスを循環させるためのものであり、回転数を制御するため電源周波数変換器を備えている。実施の形態１において、ガス循環用ブロワ５は１００〜３７３Ｋの温度のガスに使用可能なものを用いている。
また、ガス循環用ブロワ５の回転数は一定とした。
ガス循環用ブロワ５は、ガス循環ライン４内のガスを循環させるためのものであり、回転数を制御するため電源周波数変換器を備えている。実施の形態１において、ガス循環用ブロワ５は１００〜３７３Ｋの温度のガスに使用可能なものを用いている。
また、ガス循環用ブロワ５の回転数は一定とした。
＜ガス冷却部＞
ガス冷却部７は、ガス循環ライン４内のガスを冷却する。
ガス冷却部７は、宇宙環境試験装置１の外部より供給される冷媒とガス循環ライン４内のガスとを熱交換する熱交換器２０と、熱交換器２０に冷媒を供給する第３配管２１と第３制御弁２２とを備えている。第３制御弁２２は第２制御部１０と電気的に接続されており、第２制御部１０により弁開度が制御される。第３制御弁２２が開いたときに熱交換器２０内に冷媒が供給される。
冷媒は液体窒素を用い、宇宙環境試験装置１の外部の冷媒源は超低温液化ガス容器（図示せず）としたが、これに限定されるものではない。また、第３制御弁２２は空気圧制御弁としたが、これに限定されるものではない。
ガス冷却部７は、ガス循環ライン４内のガスを冷却する。
ガス冷却部７は、宇宙環境試験装置１の外部より供給される冷媒とガス循環ライン４内のガスとを熱交換する熱交換器２０と、熱交換器２０に冷媒を供給する第３配管２１と第３制御弁２２とを備えている。第３制御弁２２は第２制御部１０と電気的に接続されており、第２制御部１０により弁開度が制御される。第３制御弁２２が開いたときに熱交換器２０内に冷媒が供給される。
冷媒は液体窒素を用い、宇宙環境試験装置１の外部の冷媒源は超低温液化ガス容器（図示せず）としたが、これに限定されるものではない。また、第３制御弁２２は空気圧制御弁としたが、これに限定されるものではない。
＜ガス加熱部＞
ガス加熱部８は、ガス循環ライン４内のガスを加熱する。
ガス加熱部８は電気ヒータを用いたが、これに限定されるものではなく、温水などを用いたものであってもよい。ガス加熱部８は第２制御部１０と電気的に接続されており、第２制御部１０によりＰＩＤ制御される。
ガス加熱部８は、ガス循環ライン４内のガスを加熱する。
ガス加熱部８は電気ヒータを用いたが、これに限定されるものではなく、温水などを用いたものであってもよい。ガス加熱部８は第２制御部１０と電気的に接続されており、第２制御部１０によりＰＩＤ制御される。
＜第２温度測定部＞
第２温度測定部９は、ガス循環ライン４内のガスの温度を測定し、第２制御部１０に測定値を送信する。第２温度測定部９は、第２制御部１０と電気的に接続されている。第２温度測定部９は、Ｔ型熱電対を用いたが、これに限定されるものではない。
第２温度測定部９は、ガス循環ライン４内のガスの温度を測定し、第２制御部１０に測定値を送信する。第２温度測定部９は、第２制御部１０と電気的に接続されている。第２温度測定部９は、Ｔ型熱電対を用いたが、これに限定されるものではない。
＜第２制御部＞
第２制御部１０は、第２温度測定部９の測定値に基づいて、ガス冷却部７に設けられた第３制御弁２２の弁開度及びガス加熱部８をＰＩＤ制御することで、ガス循環ライン４内のガスの温度を制御する。第２制御部１０は、２出力型温度指示調節計を用いたが、これに限定されるものではない。
第２制御部１０は、第２温度測定部９の測定値に基づいて、ガス冷却部７に設けられた第３制御弁２２の弁開度及びガス加熱部８をＰＩＤ制御することで、ガス循環ライン４内のガスの温度を制御する。第２制御部１０は、２出力型温度指示調節計を用いたが、これに限定されるものではない。
次に、上記のように構成された本実施の形態の宇宙環境試験装置１を用いた温度制御方法を説明する。
まず、ガス密度制御部６によりガス循環ライン４内のガスの密度を所定の値に制御する。このとき、第１制御部１５は、受信した第１温度測定部１３および圧力測定部１４の測定値に基づいてガス補充部１１及びガス放出部１２を制御する。
まず、ガス密度制御部６によりガス循環ライン４内のガスの密度を所定の値に制御する。このとき、第１制御部１５は、受信した第１温度測定部１３および圧力測定部１４の測定値に基づいてガス補充部１１及びガス放出部１２を制御する。
次に、ガス循環用ブロワ５を起動し、ガス循環ライン４内のガスを循環させる。循環流量は、シュラウド２の入口（供給口）と出口（排出口）におけるガスの温度差が、所定の温度差未満となるように制御する。
その後、シュラウド２に供給するガスの温度を、所定の温度に制御する。このとき、第２制御部１０は、第２温度測定部９の測定値に基づいて、ガス冷却部７及びガス加熱部８を制御する。具体的には、第２制御部１０において、第２温度測定部９の測定値が規定の値となるように、ガス冷却部７及びガス加熱部８に対して所謂スプリット制御を行う。
その後、シュラウド２に供給するガスの温度を、所定の温度に制御する。このとき、第２制御部１０は、第２温度測定部９の測定値に基づいて、ガス冷却部７及びガス加熱部８を制御する。具体的には、第２制御部１０において、第２温度測定部９の測定値が規定の値となるように、ガス冷却部７及びガス加熱部８に対して所謂スプリット制御を行う。
以上のように宇宙環境試験装置１及びその温度制御方法では、従来例において用いていた主熱交換器１０５を用いることなくガス温度制御してガス循環することができ、これに加えて、配管サイズを抑えることができたことで、宇宙環境試験装置１のサイズを低減させることができる。
さらに、ガス循環用ブロワ５へ供給されるガスの密度を常に一定としたことから、従来よりもガス循環用ブロワ５の動力を低減することができる。
さらに、ガス循環用ブロワ５へ供給されるガスの密度を常に一定としたことから、従来よりもガス循環用ブロワ５の動力を低減することができる。
［実施の形態２］
次に、本発明の第２実施形態である宇宙環境試験装置の温度制御方法について説明する。
本実施の形態２における装置構成は、実施の形態１の宇宙環境試験装置１と同じであるが、ガスの密度を一定とせず、シュラウド２の入口と出口の温度差に基づいて、ガス循環用ブロワ５へ吸入するガスの密度を制御している。具体例としては、前記温度差が小さい場合にガスの密度を低い値にカスケード制御する。これにより、ガス循環用ブロワ５の軸動力すなわちガス循環用ブロワ５での発熱量を低減させることができ、さらには、ガス冷却部７における冷媒（液体窒素）の消費を抑えることができる。
次に、本発明の第２実施形態である宇宙環境試験装置の温度制御方法について説明する。
本実施の形態２における装置構成は、実施の形態１の宇宙環境試験装置１と同じであるが、ガスの密度を一定とせず、シュラウド２の入口と出口の温度差に基づいて、ガス循環用ブロワ５へ吸入するガスの密度を制御している。具体例としては、前記温度差が小さい場合にガスの密度を低い値にカスケード制御する。これにより、ガス循環用ブロワ５の軸動力すなわちガス循環用ブロワ５での発熱量を低減させることができ、さらには、ガス冷却部７における冷媒（液体窒素）の消費を抑えることができる。
［実施の形態３］
次に、本発明の第３実施形態である宇宙環境試験装置の温度制御方法について説明する。
本実施の形態３における装置構成は、実施の形態１の宇宙環境試験装置１と同じであり、ガスの密度を一定とすることも実施の形態１と同じである。違う点は、シュラウド２の入口と出口との温度差に基づいて、ガス循環用ブロワ５の回転数を制御するようにした点である。具体例としては、温度差が小さい場合にガス循環用ブロワ５の回転数を低い値にカスケード制御する。
ガス循環用ブロワ５の軸動力と回転数の関係は式１の通りである。
Ｌ２＝（ｎ２／ｎ１）３×Ｌ１ ・・・ （１）
但し、Ｌ：軸動力
ｎ：回転数
これにより、ガス循環用ブロワ５の軸動力すなわちガス循環用ブロワ５での発熱量を低減させることができ、さらには、ガス冷却部７における冷媒（液体窒素）の消費を抑えることができる。
次に、本発明の第３実施形態である宇宙環境試験装置の温度制御方法について説明する。
本実施の形態３における装置構成は、実施の形態１の宇宙環境試験装置１と同じであり、ガスの密度を一定とすることも実施の形態１と同じである。違う点は、シュラウド２の入口と出口との温度差に基づいて、ガス循環用ブロワ５の回転数を制御するようにした点である。具体例としては、温度差が小さい場合にガス循環用ブロワ５の回転数を低い値にカスケード制御する。
ガス循環用ブロワ５の軸動力と回転数の関係は式１の通りである。
Ｌ２＝（ｎ２／ｎ１）３×Ｌ１ ・・・ （１）
但し、Ｌ：軸動力
ｎ：回転数
これにより、ガス循環用ブロワ５の軸動力すなわちガス循環用ブロワ５での発熱量を低減させることができ、さらには、ガス冷却部７における冷媒（液体窒素）の消費を抑えることができる。
１ 宇宙環境試験装置
２ シュラウド
３ 真空槽
４ ガス循環ライン
５ ガス循環用ブロワ
６ ガス密度制御部
７ ガス冷却部
８ ガス加熱部
９ 第２温度測定部
１０ 第２制御部
１１ ガス補充部
１２ ガス放出部
１３ 第１温度測定部
１４ 圧力測定部
１５ 第１制御部
１６ 第１配管
１７ 第１制御弁
１８ 第２配管
１９ 第２制御弁
２０ 熱交換器
２１ 第３配管
２２ 第３制御弁
＜従来例＞
１００ 宇宙環境試験装置
１０１ シュラウド
１０２ 真空槽
１０３ 循環ライン
１０４ ガス循環用ブロワ
１０５ 主熱交換器
１０６ ガス圧力制御部
１０７ ガス冷却部
１０８ ガス加熱部
１０９ 温度測定部
１１０ 第２制御部
１１１ ガス補充部
１１２ ガス放出部
１１３ 圧力測定部
１１４ 第１制御部
２ シュラウド
３ 真空槽
４ ガス循環ライン
５ ガス循環用ブロワ
６ ガス密度制御部
７ ガス冷却部
８ ガス加熱部
９ 第２温度測定部
１０ 第２制御部
１１ ガス補充部
１２ ガス放出部
１３ 第１温度測定部
１４ 圧力測定部
１５ 第１制御部
１６ 第１配管
１７ 第１制御弁
１８ 第２配管
１９ 第２制御弁
２０ 熱交換器
２１ 第３配管
２２ 第３制御弁
＜従来例＞
１００ 宇宙環境試験装置
１０１ シュラウド
１０２ 真空槽
１０３ 循環ライン
１０４ ガス循環用ブロワ
１０５ 主熱交換器
１０６ ガス圧力制御部
１０７ ガス冷却部
１０８ ガス加熱部
１０９ 温度測定部
１１０ 第２制御部
１１１ ガス補充部
１１２ ガス放出部
１１３ 圧力測定部
１１４ 第１制御部
Claims (8)
- 真空槽内に設けたシュラウドにガスを循環させながら供給して前記シュラウドの温度を制御する宇宙環境試験装置の温度制御方法であって、
前記シュラウドから排出されたガスを、ガス循環用ブロワで吸入して前記シュラウドに向けて供給するように循環させるガス循環工程と、前記ガス密度を制御するガス密度制御工程とを有し、
前記ガス循環工程に用いる前記ガス循環用ブロワは、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワであり、該ガス循環用ブロワは前記シュラウドから排出されたガスを熱交換することなく吸入することを特徴とする宇宙環境試験装置の温度制御方法。 - 前記ガス密度制御工程は、前記密度が一定となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の宇宙環境試験装置の温度制御方法。
- 前記ガス密度制御工程は、前記シュラウドのガス入口とガス出口での前記ガスの温度差が規定の値よりも小さい場合に、前記ガス循環用ブロワへ吸入されるガスの密度を低減させるように密度制御して、前記ガス循環用ブロワでの発熱を低減させることを特徴とする請求項１に記載の宇宙環境試験装置の温度制御方法。
- 前記ガス循環用ブロワとして回転数の制御が可能なものを用いて、前記シュラウドのガス入口とガス出口での前記ガスの温度差が規定の値よりも小さい場合に前記ガス循環用ブロワの回転数を低減させ、前記ガス循環用ブロワの発熱を低減させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の宇宙環境試験装置の温度制御方法。
- 真空槽内に設けたシュラウドにガスを循環させながら供給して前記シュラウドの温度を制御する宇宙環境試験装置であって、
一端側が前記シュラウドのガス入口に連結され、他端が前記シュラウドのガス出口に連結され、前記シュラウドを介してガスを循環させるガス循環ラインと、
該ガス循環ラインに設けられて前記ガスの密度を制御するガス密度制御部と、
前記ガス循環ラインにおける前記ガス密度制御部の二次側に設けられ、１００〜３７３Ｋの温度範囲の前記ガスに対して使用可能なガス循環用ブロワと、
前記ガス循環ラインにおける前記ガス循環用ブロワの二次側に設けられ、前記ガスの温度を制御するガス温度制御部と、を有することを特徴とする宇宙環境試験装置。 - 前記ガス密度制御部は、前記ガスの温度を測定する第１温度測定部と、前記ガスの圧力を測定する圧力測定部と、前記ガス循環ラインにガスを補充するガス補充部と、前記ガスを外部に放出するガス放出部と、前記第１温度測定部と前記圧力測定部との測定値に基づいて前記ガス補充部及び前記ガス放出部を制御する第１制御部とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の宇宙環境試験装置。
- 前記ガス温度制御部は、前記ガスの温度を測定する第２温度測定部と、前記ガスを冷媒と熱交換することで冷却するガス冷却部と、前記ガスを加熱するガス加熱部と、前記第２温度測定部の測定値に基づいて前記ガス冷却部及び前記ガス加熱部を制御する第２制御部とを備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の宇宙環境試験装置。
- 前記ガス循環用ブロワは、回転数の制御が可能なものであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の宇宙環境試験装置。
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