JPH04103500A - 多段式気液分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えば宇宙用熱制御に用いられる多段式気液
分離装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、スペースシャトルなどの宇宙往還機に対する研究
開発が盛んに行われており、該宇宙往還機には人間及び
コンピュータなどの電子機器といったものか載せられて
いるため、内部の温度を高い精度で制御する必要がある
。

そこで、第２図により従来の宇宙往還機の熱制御系（宇
宙用熱制御系）Ｘの一例を説明する。

図示しない宇宙往還機の内部に設けられた電子機器など
の発熱源１を直接通り、かつ燃料電池などの発熱源２に
補助流体ループ３を介して接続された熱交換器４を通っ
てフロン（気液二相冷却媒体）Ｆが循環するようにフロ
ン主ループ（気液二相冷却媒体ループ）５を構成する。

該フロン主ループ５の途中に、ラジェータ６、熱シンク
装置７、アンモニアボイラ８、気液分離装置９およびポ
ンプｌＯを配設する。

前記ラジェータ６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、前記熱シンク装置７は、燃料電
池などの発熱源２で発生した水ｌｌが補給されるように
した水タンク１２からの水を配管１３およびバルブ１４
を介して導きノズル１５から噴射させて蒸発させ、かつ
図示しない宇宙往還機の外部の気圧と等しい圧力を有す
る同じく図示しない蒸発室に、該図示しない蒸発室の外
周を取り巻くように前記フロン主ループ５の一部を配設
した構成を有するものである。

また、前記アンモニアボイラ８は、アンモニアタンク１
６内のアンモニアＡが配管ｌｅａ及びバルブ１［ｉｂを
介して供給できるように構成されており、さらに前記気
液分離装置９は、フロンＦ中のフロンガス（気相冷却媒
体）Ｆ＋を除去して液体フロン（液相冷却媒体）Ｆ２の
みをポンプ１０へ供給させる構造を有しいる。

次に、上記熱制御系Ｘによる宇宙往還機の温度制御につ
いて説明する。

ポンプＩＯを作動してフロン主ループ５を循環させるこ
とにより、発熱源１がフロン主ループ５て冷却される。

発熱源１を冷却したフロン主ループ５は温度が上昇する
ので、ラジェータ６、熱シンク装置７、アンモニアボイ
ラ８のいずれかを用いて排熱が行われ、図示しない宇宙
往還機が温度制御される。

まず図示しない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）は第２図に示すフロン
主ループ５自体の熱容量により発熱ａ１から発生した熱
をフロン主ループ５の液体フロンＦ２で吸収させ、その
のち図示しない宇宙往還機か大気圏外に出てから軌道に
乗るまでの区間は第２図に示す熱シンク装置７を使用し
、水タンク１２内の水１１を大気圏外の気圧と等しい極
く低い圧力の図示しない蒸発室内へ供給することにより
水１１を蒸発させ蒸発の潜熱としてフロン主ループ５の
熱を排熱する。軌道上の区間ではラジェータ６を開くこ
とかできるので、ラジェータ６からフロン主ループ５の
熱を宇宙空間に排熱する。図示しない宇宙往還機の帰還
時には、例えば大気圏外の区間は前記熱シンク装置７を
用いてフロン主ループ５の熱を排熱し、大気圏内の区間
ではアンモニアボイラ８に切り換え、アンモニアボイラ
８の図示しない蒸発室に供給することにより、水１１よ
りも沸点が低く水１１に近い蒸発熱を有するアンモニア
Ａを蒸発させ、アンモニアＡの蒸発潜熱としてフロン主
ループ５の熱を排熱するものである。

次に、ラジェータ６、熱シンク装置７、アンモニアボイ
ラ８のいずれかで温度制御に使用された液体フロンＦ２
は、熱を受は取ることで気液二相状態のフロンＦとなっ
て再びポンプ１０へ吸入されるが、その前にポンプ１０
のフロン吸引側（冷却媒体吸引側）　１０ａに配置され
た気液分離装置９で気液分離を行ってからフロンＦ中の
フロンガスＦ】が除去されて液体フロンＦ２のみをポン
プ１０へ吸入される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この気液分離装置９としては従来種々のもの
が考えられているが、宇宙空間では装置内で気液がどの
ような状態でかつどこの場所にあるのか予測がつかない
ため、従来の気液分離装置９ではフロンガスＦｌと、液
体フロンＦ２との分離が充分にできなかった。このため
、ポンプ１０内に許容量以上のフロンガスＦ１か液体フ
ロンＦ２とともに吸入されてポンプ１０にキャビテーシ
ョンなどの負荷を与え、ポンプｌＯの故障を招く恐れが
あった。そこで、今日、この気液分離をより高精度に行
える手段が望まれている。

本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、容易かつ高
精度に気液分離かでき、これによりポンプの作動にあた
ってキャビテーションの発生を防止することでポンプの
保護が図れる多段式気液分離装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、宇宙用熱制御系に用いられる気液二相冷却媒
体ループのポンプの冷却媒体吸引側に配置されて気液を
分離する気液分離装置であって、気液を表面張力を利用
してタンクシェルの内壁面近傍に液体、中央部に気体と
なるよう分離する第１の表面張力タンクと、該第１の表
面張力タンクのタンクンエルの中央部付近から液相分が
減少した気体を吸引して別の表面張力タンクの内壁面に
導入するガス相管と、各表面張力タンクにより順次気液
に分離され最終的に分離された気体を排出するガス排出
管と、各表面張力タンクの液体をポンプ吸引側に設けた
最終タンクに送給する液相管とを備えてなることを特徴
とする多段式気液分離装置に係るものである。

［作　　　用］ 本発明は、第１の表面張力タンクにより気液二相冷却媒
体を表面張力を利用して気液分離し、タンクシェル内壁
面に凝縮した液相冷却媒体はポンプ吸引側に吸引される
ようにし、タンクシェル中央部に集まった液相分の減少
した気液二相冷却媒体は別の表面張力タンクで順次再分
離し、最終分離された気相冷却媒体を外部排出する一方
、液相冷却媒体をポンプ内へ吸引させるという多段式の
気液分離を行うことで、容易かつ高精度な気液二相冷却
媒体の気液分離かでき、これによりポンプの作動時にお
けるキャビテーションの発生を防止してポンプの保護を
図ることができる。

［実　施　例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、図中、第２図
のものと同じ物には同一符号を付している。

本発明の実施例の多段式気液分離装置は、第１図に示す
ように第１表面張力タンク１７、第２表面張力タンク１
８、第３表面張力タンク１９および第４表面張力タンク
（最終タンク）２０を有する。

各第１〜第４表面張力タンク１７〜２Ｄは、先端の開口
部２１ａ〜２４ａをタンクシェル２５〜２８の中央部に
配置したガス抜管２１〜２４か前記タンクシェル２５〜
２８内に立設され、各タンクシェル２５〜２８の内壁面
全域にはメツシュ２９〜３２が張装され、才な各タンク
シェル２５〜２８の所定位置に液抜口３３〜３６および
供給口３７〜４０が形成されたメツシュ式のタンクで、
液体フロンＦ２をタンクシェル２５〜２８の内壁面に張
装したメツシュ２９〜３２に付着させて液抜口３３〜３
６から吸い出す一方、フロンガスＦ１をタンクシェル２
５〜２８内に立設されたガス抜管２１〜２４の開口部２
１ａ〜２４ａから吸い出すものである。なお、第４表面
張力タンク２０のタンクシェル２８には、さらにもう一
つの供給口４１が形成されている。

また、第１表面張力タンク１７の一方の供給口３７には
、一端が途中に弁４３を配して第２図に示すフロン主ル
ープ５のアンモニアボイラ８側に連結された第１図に示
すフロン供給管４４の他端か接続され、またガス抜管２
１の元部には一端か第２表面張力タンク１８の供給口８
８に接続されたガス相管４６の他端か接続され、液抜口
３３には一端か第４表面張力タンク２０の一方の供給口
４０に接続された液相管４７の他端が接続されている。

さらに、第２表面張力タンク１８の液抜口８４には一端
が前記液相管４７の途中に接続された液相管４７”の他
端が接続され、またガス抜管２２の元部には、一端か第
１表面張力タンク１７の供給口３９に接続されたガス相
管４８の他端か接続されている。

さらにまた、第３表面張力タンク１９の液抜口３５には
一端が第４表面張力タンク２０の他方の供給口４１（ま
たは前記液相管４７の途中）に接続された液相管４９の
他端か接続され、またガス抜管２３の元部には一端が途
中に弁５０を配して図示しない宇宙空間の真空状態を吸
引源とするガス排気系に接続されたフロンガス排気管（
ガス排出管）　５１の他端が接続されている。

さらにまた、第４表面張力タンク２０の液抜口３Ｂには
一端か第２図に示すフロン主ループ５のポンプ１０の吸
引側］、Ｏａに接続された第１図に示す途中に弁５３が
配された液体フロン排出管５２の他端が接続されている
。また第４表面張カタンり２０についても第３表面張力
タンク１９と同様に、ガス抜管２４に接続され、弁５０
を有したガス排出管５１が設けられている。

次に、本発明の実施例の多段式気液分離装置の作用を説
明する。

第２図に示すように、フロン主ループ５のアンモニアボ
イラ８側から送られてきた気液二相状態のフロンＦは、
まず第１図に示すようにフロン供給管４４から第１表面
張力タンク１７に吸入され、ここで液体フロンＦ２がタ
ンクシェル２５の内壁面に張装されたメツシュ２９に付
着して液抜口３３から液相管４７および供給口４０を介
して第４表面張力タンク２０内に供給され、一方タンク
シエル２５の中央部に溜まったフロンガスＦ１は、一部
の液体フロンＦ２とともにガス抜管２１からガス相管４
６および供給口３８を介して第２表面張力タンク１８内
へ吸入される。

そののち、第２表面張力タンク１８内へ吸入された第１
表面張力タンク１７内の一部の液体フロンＦ２を含むフ
ロンガスＦ１は、液体フロンＦ２がメツシュ３０に付着
して液抜口３４から液相管４７°、液相管４７および供
給口４０を介して第４表面張力タンク２０へ吸入され、
一方フロンガスＦ１は極めて少量の液体フロンＦ２とと
もにガス抜管２２からガス相管４８および供給口３９を
介して第３表面張力タンク１９内へ吸入される。

次にまた、第３表面張力タンク１９内へ吸入された第２
表面張力タンク１８内の少量の液体フロンＦ２を含むフ
ロンガスＦ１は、液体フロンＦ２がメツシュ３１に付着
して液抜口３５から液相管４９および供給口４１を介し
て第４表面張力タンク２゜に吸入され、一方フロンガス
Ｆ１は液体フロンＦ２かほぼ完全に分離された状態とな
ってガス抜管２３からフロンガス排気管（ガス排出管）
５１および図示しないガス排気系を介して宇宙空間に排
気される。

次にまた、第４表面張力タンク２０内へ吸入された第３
表面張力タンク１９内の液体フロンＦ２は、液相管４７
を介して吸入された第１および第２表面張力タンク１７
．１８内の液体フロンＦ２とともに、メツシュ８２に付
着して液抜口３６から液体フロン排出管５２を介して第
２図に示すフロン主ループ５のポンプ１０の吸引側ＩＤ
ａへ導かれる。

また、第４表面張力タンク（最終タンク）２０内の液体
フロンＦ２を殆んど含まないフロンガスＦ１は、ガス排
出管５１によって宇宙空間に排気される。

このように第１〜第４の表面張力タンク１７〜２０を用
いて多段式の気液分離を行うことで、容易かつ高精度な
フロンＦの気液分離ができ、従ってポンプ１０の作動に
あたってキャビテーションなどのトラブルの発生を防止
することができ、これによりポンプｌＯの保護を図るこ
とができる。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明はこの実施例
に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲での
設計変更などがあっても本発明に含まれる。

例えば、第４表面張力タンクには各タンクから液相分の
みが送給されるので、必ずしも気液分離機能を持たせる
必要はないが、送給される液相に微小気泡の混入もあり
、これも除去するほど高精度の要請があるときは気液分
離機能を持たせればよい。

また、実施例では、表面張力タンクとしてメツシュ式の
タンクを示したが、必ずしもこれに限定させなくとも、
例えばタンクシェルの内壁面に多数の細かな溝を形成し
、該溝を利用して液相冷却媒体を吸引するグループ式の
表面張力タンクや、タンクシェル内に回転自在に収納さ
れた羽根板を存し、該羽根板を回転させて遠心力により
液相冷却媒体をタンクシェルの内壁面側へ押し付けて吸
引するベーン式の表面張力タンクなど、を用いたり、或
いはそれらを組合わせて用いても良い。

また、実施例の多段式気液分離装置は、４個の表面張力
タンクを使用したが、必ずしもこれに限定させなくとも
２以上の複数個であればタンクの使用個数には限定され
ない。

さらに、実施例では、気液二相冷却媒体としてフロン、
気相冷却媒体としてフロンガス、液相冷却媒体として液
体フロンを示したが、必ずしもこれに限定させなくとも
、冷媒として使用できるそのほかの流体の使用も可能で
ある。

［発明の効果］ 本発明は、上記したように多段式の気液分離を行うこと
で、容易かつ高精度な気液二相冷却媒体の気液分離がで
き、これによりポンプの作動にあたってキャビテーショ
ンなどのトラブルの発生を防止して、ポンプの保護を図
ることができるという効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の多段式気液分離装置を示す全
体概略図、第２図は従来の気液分離装置を使用した宇宙
往還機の熱制御系を示す概略図である。 図中、Ｘは熱制御系（宇宙用熱制御系）、Ｆはフロン（
気液二相冷却媒体）、Ｆｌはフロンガス（気相冷却媒体
）、Ｆ２は液体フロン（液相冷却媒体）、５はフロン主
ループ（気液二相冷却媒体ループ）、９は気液分離装置
、１０はポンプ、１０ａはフロン吸引側（冷却媒体吸引
側）、１７は第１表面張力タンク、１８は第２表面張力
タンク、１９は第３表面張力タンク、２０は第４表面張
力タンク（最終タンク）、２５〜２８はタンクシェル、
４ｅ、４８はガス相管、４７，４７□、４９は液相管、
５１はガス排出管を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）宇宙用熱制御系に用いられる気液二相冷却媒体ルー
   プのポンプの冷却媒体吸引側に配置されて気液を分離す
   る気液分離装置であって、気液を表面張力を利用してタ
   ンクシェルの内壁面近傍に液体、中央部に気体となるよ
   う分離する第１の表面張力タンクと、該第１の表面張力
   タンクのタンクシェルの中央部付近から液相分が減少し
   た気体を吸引して別の表面張力タンクの内壁面に導入す
   るガス相管と、各表面張力タンクにより順次気液に分離
   され最終的に分離された気体を排出するガス排出管と、
   各表面張力タンクの液体をポンプ吸引側に設けた最終タ
   ンクに送給する液相管とを備えてなることを特徴とする
   多段式気液分離装置。