JPH07108998A - 宇宙用二相ループ内液滴除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小重力環境において、簡単な構成で液滴混
合気体中の液滴を効果的に除去する。 【構成】 蒸発器２と凝縮器５を備えて宇宙用機器の排
熱を宇宙に放出する宇宙用二相ループの液滴混合気体４
を送る流通管路１０内の液滴を除去する宇宙用二相ルー
プ内液滴除去装置であって、前記流通管路１０に形成し
た拡径部１１と、該拡径部１１の内部に放射状に一体に
設けたスパイラル隔壁１２と、前記拡径部１１の内面に
配設した吸着材１３と、該吸着材１３に接続された液体
抜き出し管１４とからなる液滴処理装置９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は宇宙ステーション或いは
宇宙往還機等に備えられる宇宙用二相ループ内液滴除去
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】宇宙ステーションや宇宙往還機等におい
ては、それらの内部で発生する排熱を外部（宇宙）に排
出するために、二相流体排熱ループ（二相ループと言
う）を備えることが考えられている。

【０００３】機器の冷却等を行った液体が液滴となって
気体中に飛散した場合、地上では重力によって自然分離
させることができるが、微小重力環境においては、一旦
飛散した液滴は重力を有しないために分離されることな
く飛散した状態を持続することになる。宇宙空間におい
て用いられる液体は、通常地上から運搬された貴重な資
源であり、よって宇宙空間等の微小重力環境では、液体
を繰り返し使用する必要があり、従って気体中に飛散し
た液滴は回収して再使用する必要がある。

【０００４】図１３は、従来考えられている宇宙用二相
ループの一例を示したもので、該宇宙用二相ループは、
液体１を蒸発器（コールドプレート）２に送って蒸発さ
せることにより、宇宙ステーションや宇宙往還機の制御
系や駆動装置等の発熱源３からの熱を除去して冷却を行
い、この時自身は蒸発して一部が蒸発されない液滴を混
合した液滴混合気体４の状態で凝縮器（ラジエータ）５
に送られて宇宙に熱を放出し、自身は凝縮して液化さ
れ、再び液体１となって送液ポンプ６により前記蒸発器
に送給されるようになっている。

【０００５】又、図１４は図１３とは別の宇宙用二相ル
ープを示したもので、前記蒸発器２からの液滴混合気体
４を圧縮機７を介して凝縮器５に送るようにしており、
従って図１３の送液ポンプ６は備えておらず、蒸発器２
に液体１を送る管路に液体１の温度低下と圧力低下を行
うための膨張弁８を備えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記図１３の
宇宙用二相ループにおいては、蒸発器２において液体１
を蒸発させた際、宇宙空間では重力がないことにより液
体１が気化せずに液滴の状態で気体中に飛散する状態が
発生し易く、よってこの液滴が蒸発器２からの液滴混合
気体４を流動させる流通管路１０における前記蒸発器２
の出口近傍の内壁面に付着し、流動しなくなってしまう
問題を生じる。

【０００７】又、図１４の宇宙用二相ループにおいて
は、前記液滴混合気体４が圧縮機７に送られることによ
り、圧縮機７の圧縮性能を著しく低下させてしまう問題
を生じる。

【０００８】またこれらの問題を解決するために、液滴
除去装置に関する種々の研究が進められているが、宇宙
空間で使用される各種機器は、軽量小型であること、駆
動エネルギーが小さいか不要で、作動が確実で故障の発
生が少ないこと等が要求され、このような要求に答えら
れる有効な装置は未だ提案されていない。

【０００９】本発明は、上記した課題に鑑みてなしたも
ので、簡単で故障を生じにくい構成を有して、宇宙用二
相ループ内の液滴を効果的に除去することができる宇宙
用二相ループ内液滴除去装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、蒸発
器と凝縮器を備えて宇宙用機器の排熱を宇宙に放出する
宇宙用二相ループの液滴混合気体を送る流通管路内の液
滴を除去する宇宙用二相ループ内液滴除去装置であっ
て、前記流通管路に形成した拡径部と、該拡径部の内部
に放射状に一体に設けたスパイラル隔壁と、前記拡径部
の内面に配設した吸着材と、該吸着材に接続された液体
抜き出し管とからなる液滴処理装置を設けたことを特徴
とする宇宙用二相ループ内液滴除去装置である。

【００１１】請求項２の発明は、吸着材に接続された液
体抜き出し管を設けることに代えて、拡径部の外側に加
熱装置を設けたことを特徴とする宇宙用二相ループ内液
滴除去装置である。

【００１２】請求項３の発明は、蒸発器と凝縮器を備え
て宇宙用機器の排熱を宇宙に放出する宇宙用二相ループ
の液滴混合気体を送る流通管路内の液滴を除去する宇宙
用二相ループ内液滴除去装置であって、両端を端面板に
よって閉塞された外胴と、該外胴の内部に所要の環状通
路を形成するよう同心に配置して一端が一方の端面板に
固定され、他端が他方の端面板と僅かの隙間を有した内
胴と、前記環状通路を半径方向に区画する１枚の区画板
と、該区画板によって仕切られた環状通路の一端に半径
方向に開口して前記流通管路の上流側管に接続された液
滴混合気体導入口と、前記環状通路の他端に半径方向に
開口して流通管路の下流側管に接続された気体導出口
と、前記内胴外面及び外胴内面に前記隙間が形成された
側に向けて幅が小さくなるように形成したテーパ溝と、
前記隙間に連通する液体抜き出し管とからなる液滴処理
装置を設けたことを特徴とする宇宙用二相ループ内液滴
除去装置である。

【００１３】請求項４の発明は、隙間に連通する液体抜
き出し管を設けることに代えて、外胴及び端面板の外側
に加熱装置を設けたことを特徴とする宇宙用二相ループ
内液滴除去装置である。

【００１４】

【作用】請求項１の発明では、液滴混合気体がスパイラ
ル隔壁間に導入されると、液滴は慣性によってスパイラ
ル隔壁に衝突してスパイラル隔壁に付着し、またスパイ
ラル隔壁によって旋回力を受けて流動する気体の流れに
乗った液滴は、旋回による遠心力の作用によって外周の
吸着材に衝突して吸着される。また、スパイラル隔壁に
付着した液滴はスパイラル隔壁が対数渦巻き形状を有し
ていることにより前記気体の流動に伴って外周の吸着材
の方向に移動され、液体抜き出し管によって外部に抜出
される。従って液滴混合気体から液滴が効果的に除去さ
れて、下流には液滴が除去された気体のみが導かれるよ
うになる。

【００１５】請求項２の発明では、加熱装置によって拡
径部を加熱すると、吸着材に集められた液体が蒸発さ
れ、又拡径部と一体のスパイラル隔壁も伝熱によって加
熱されることによりスパイラル隔壁に付着した液滴も蒸
発され、よって下流には液滴を含まない気体のみが導か
れる。

【００１６】請求項３の発明では、液滴混合気体が液滴
混合気体導入口に導入されると、液滴は慣性によって内
胴、及び外胴に衝突して付着し、また内胴と外胴との間
のＵ字流路を流動する気体の流れに乗った液滴は、遠心
力の作用によって外胴の内面に付着される。前記内胴及
び外胴に付着した液滴は内胴及び外胴に形成されたテー
パ溝に滲み込み、該テーパ溝が隙間の方向に向かって幅
が狭くなるように形成されているので、毛管現象によっ
て隙間の方向に移動し、さらに毛管現象により隙間を満
たし、液体抜き出し管によって外部に抜出される。従っ
て液滴混合気体から液滴が効果的に除去されて、下流に
は液滴が除去された気体のみが導かれるようになる。

【００１７】請求項４の発明では、加熱装置によって外
胴及び端面板を外側から加熱すると、外胴及び端面板の
内面に付着した液体が蒸発され、又端面板に固定した内
胴も伝熱によって加熱されることにより内胴に付着した
液滴も蒸発され、下流には液滴を含まない気体のみが導
かれる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

【００１９】図１１は、前記図１３に示した宇宙用二相
ループの蒸発器２と凝縮器５との間の流通管路１０に本
発明の液滴処理装置９を備えた場合を示しており、また
図１２は、前記図１４に示した宇宙用二相ループの蒸発
器２と圧縮機７との間の流通管路１０に本発明の液滴処
理装置９を備えた場合を示している。

【００２０】図１及び図２は請求項１の液滴処理装置９
の一実施例を示すもので、該液滴処理装置９は、蒸発器
２からの液滴混合気体４の流通管路１０に拡径部１１を
形成し、該拡径部１１の内部に、スパイラル隔壁１２を
一体に形成している。スパイラル隔壁１２は、１枚〜８
枚程度（図では３枚）の複数の細長い薄板１２ａを中心
棒１２ｂの外周に長手方向に捩って取付けると共に、図
２に実線で示すように中心から外部に向かって直線形状
にするか、或いは破線で示すように対数渦巻きｒ＝０．
５ｅｘｐ（１．３５θ）になるように湾曲させた形状と
する。この対数渦巻きとした時には、スパイラル隔壁１
２の凹面側に沿って液滴混合気体４が送られるように形
成する。

【００２１】前記拡径部１１の内面には、前記流通管路
１０内面と略同一の内面径を有するように繊維状ウィッ
ク材等からなる吸着材１３を配置しており、また、前記
拡径部１１の吸着材１３に液体抜き出し管１４の一端を
接続し、該液体抜き出し管１４の他端を図１１に示す凝
縮器５と送液ポンプ６との間の液体管１５に接続してい
る。これにより、吸着材１３に回収された液体は、液体
抜き出し管１４を介して送液ポンプ６に吸引され、再び
蒸発器２に導かれて利用されることになる。

【００２２】又、図１２の場合は、前記吸着材１３に小
型の送液ポンプ１６を有した液体抜き出し管１４の一端
を接続し、該液体抜き出し管１４の他端を図１２に示す
凝縮器５と膨張弁８との間の液体管１５に接続し、前記
吸着材１３に回収された液体を液体管１５に強制的に送
るようにしている。

【００２３】図１及び図２の構成では、液滴を含んだ液
滴混合気体４が液滴処理装置９のスパイラル隔壁１２間
に導入されると、液滴は慣性によってスパイラル隔壁１
２の薄板１２ａ表面に衝突して薄板１２ａ表面に付着
し、またスパイラル隔壁１２によって旋回力を受けて流
動する気体の流れに乗った液滴は、旋回による遠心力の
作用によって外周の吸着材１３に衝突して吸着される。
また、スパイラル隔壁１２に付着した液滴は、液滴混合
気体４の旋回流による遠心力の作用、更にはスパイラル
隔壁１２の薄板１２ａが対数渦巻き形状を有している場
合にはそれによる外方に向う力の作用によって、気体の
流動に伴って外周の吸着材１３の方向に移動され、吸着
材１３に集められる。吸着材１３に集められた液体は、
図１１又は図１２に示す液体抜き出し管１４を介して液
体管１５に送られて再使用される。

【００２４】従って、蒸発器２からの液滴混合気体４か
ら液滴を効果的に除去することができるので、流通管路
１０の内面に液体が付着して流動しなくなるような問題
の発生を防止することができ、更に図１２では液滴が除
去された気体のみを圧縮機７に導入できることにより圧
縮機７の圧縮効率を高めることができる。

【００２５】図３及び図４は、請求項２の液滴処理装置
９の一実施例を示すもので、図１及び図２に示した吸着
材１３に接続した液体抜き出し管１４を設けることな
く、拡径部１１の外側に加熱装置１７を設けている。加
熱装置１７は、図示するような面ヒータ或いは通常の抵
抗線を用いたヒータ、又は高温媒体を拡径部１１の外周
に通すようにしたジャケット式等、種々の方式を用いる
ことができる。

【００２６】図３及び図４の構成では、加熱装置１７に
よって拡径部１１を加熱すると、吸着材１３に集められ
た液体が加熱されて蒸発し、又拡径部１１と一体のスパ
イラル隔壁１２も伝熱によって加熱されるので、該スパ
イラル隔壁１２に付着した液滴も蒸発するようになり、
よって流通管路１０の内面に液体が付着して流動しなく
なるようなことがなく、また液滴によって圧縮機７の圧
縮効率が低下されることもない。

【００２７】図５及び図６は、請求項３の液滴処理装置
９の一実施例を示すもので、該液滴処理装置９は、両端
を端面板１８，１９によって閉塞された外胴２０を備
え、該外胴２０の内部に所要の環状通路２１を形成する
よう同心に配置して、一端を一方の端面板１８に固定
し、他端を他方の端面板１９との間に僅かな隙間２２を
形成させて支持した内胴２３とを備えている。

【００２８】又、前記環状通路２１を半径方向に区画す
る１枚の区画板２４を前記内胴２３に固定し、該区画板
２４によって仕切られた環状通路２１の一端に半径方向
に連通して流通管路１０の上流側管１０ａ（図１１及び
図１２の蒸発器２側）に接続された液滴混合気体導入口
２５と、前記環状通路２１の他端に半径方向に連通して
流通管路１０の下流側管１０ｂ（図１１及び図１２の凝
縮器５又は圧縮機７側）に連通した気体導出口２６を設
ける。

【００２９】前記内胴２３の外面、及び外胴２０の内面
には図９、図１０に示すように、前記隙間２２が形成さ
れた側に向けて（図６、図１０では上から下に向けて）
幅が小さくなるように形成したテーパ溝２７を設け、前
記端面板１８には中心側から外胴２０に向けて幅が小さ
くなるようにテーパ溝２８を放射状に設け、また隙間２
２側の端面板１９の内面には、外側から中心側に向けて
幅が狭くなるように形成したテーパ溝２９を放射状に設
け、前記テーパ溝２７，２８，２９により液を集めるよ
うにしたウィック３０を構成する。更に、前記隙間２２
に連通するように外胴２０の軸心部に液体抜き出し管１
４を設け、前記ウィック３０によって液体を液体抜き出
し管１４に集めるようにしている。

【００３０】図５及び図６の構成では、液滴を含んだ液
滴混合気体４が液滴混合気体導入口２５に導入される
と、液滴は慣性によって外胴２０及び内胴２３に衝突し
て付着し、また外胴２０と内胴２３との間の環状通路２
１を流動する気体の流れに乗った液滴は、遠心力の作用
によって外胴２０の内面に付着される。前記外胴２０及
び内胴２３に付着した液滴は外胴２０及び内胴２３に形
成されたテーパ溝２７に滲み込み、該テーパ溝２７が隙
間２２に方向に向かって幅が狭くなるように形成されて
いるので、毛管現象により隙間２２の方向（幅が狭くな
る方向）に移動し、毛管現象によって隙間２２を満たし
た液体は、液体抜き出し管１４によって外部に抜出され
る。従って図５及び図６の実施例によっても液滴混合気
体４の液滴を効果的に除去することができ、気体導出口
２６からは気体のみが導出されるようになる。

【００３１】図７及び図８は請求項４の液滴処理装置９
の一実施例を示すもので、前記図６の隙間２２に連通す
る液体抜き出し管１４を設けることに代えて、外胴２０
及び端面板１８，１９の外側に加熱装置３１を設けてい
る。この実施例の場合、液体抜き出し管１４を設けない
ので、隙間２２を設ける必要が無く、従って内胴２３を
端面板１８，１９間に固定するようにし、且つウィック
３０は液滴を吸着しやすくなっていれば良いので、テー
パ形状としなくても良い。加熱装置１７は、面ヒータ或
いは通常の抵抗線を用いたヒータ、又は高温媒体を外胴
２０及び端面板１８，１９の外周に通すようにしたジャ
ケット式等、種々の方式を用いることができる。

【００３２】図７及び図８の構成では、加熱装置３１に
よって外胴２０及び端面板１８，１９を外側から加熱す
ることにより、外胴２０及び端面板１８，１９の内面に
付着した液体が蒸発され、又端面板１８に固定した内胴
２３も伝熱によって加熱されるので、内胴２３に付着し
た液滴も蒸発されるようになり、液滴混合気体４から液
滴を効果的に除去することができる。

【００３３】尚、本発明は前記実施例にのみ限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に於い
て種々変更を加え得ることは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】請求項１及び３の発明によれば、駆動源
等を有さず、簡単で故障を生じにくい構成の液滴処理装
置を備えて液滴混合気体の液滴を効果的に回収できるよ
うにしているので、流通管路の内面に液体が付着して流
動しなくなるような問題の発生を防止することができ、
また圧縮機を備えた宇宙用二相ループでは圧縮機の圧縮
効率を高めることができる。

【００３５】請求項２及び４の発明によれば、液滴混合
気体中の液滴を効果的に付着回収し、更に加熱装置によ
り確実に気化させることができるようにしているので、
宇宙用二相ループの流通管路の内面に液体が付着して流
動しなくなるような問題の発生を防止でき、また圧縮機
を備えた宇宙用二相ループでは圧縮機の圧縮効率を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例を示す切断側面図で
ある。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。

【図３】請求項２の発明の一実施例を示す切断側面図で
ある。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。

【図５】請求項３の発明の一実施例を示す切断平面図で
ある。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ矢視図である。

【図７】請求項４の発明の一実施例を示す切断平面図で
ある。

【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視図である。

【図９】図６のテーパ溝の一例を詳細に示す正面図であ
る。

【図１０】図９のＸ−Ｘ矢視図である。

【図１１】本発明を適用した宇宙用二相ループの一例を
示す概略図である。

【図１２】本発明を適用した宇宙用二相ループの別の例
を示す概略図である。

【図１３】従来の宇宙用二相ループの一例を示す概略図
である。

【図１４】従来の宇宙用二相ループの別の例を示す概略
図である。

【符号の説明】

２ 蒸発器 ４ 液滴混合気体 ５ 凝縮器 ９ 液滴処理装置 １０ 流通管路 １０ａ 上流側管 １０ｂ 下流側管 １１ 拡径部 １２ スパイラル隔壁 １３ 吸着材 １４ 液体抜き出し管 １７ 加熱装置 １８ 端面板 １９ 端面板 ２０ 外胴 ２１ 環状通路 ２２ 隙間 ２３ 内胴 ２４ 区画板 ２５ 液滴混合気体導入口 ２６ 気体導出口 ２７ テーパ溝 ３１ 加熱装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器と凝縮器を備えて宇宙用機器の排
   熱を宇宙に放出する宇宙用二相ループの液滴混合気体を
   送る流通管路内の液滴を除去する宇宙用二相ループ内液
   滴除去装置であって、前記流通管路に形成した拡径部
   と、該拡径部の内部に放射状に一体に設けたスパイラル
   隔壁と、前記拡径部の内面に配設した吸着材と、該吸着
   材に接続された液体抜き出し管とからなる液滴処理装置
   を設けたことを特徴とする宇宙用二相ループ内液滴除去
   装置。
2. 【請求項２】 吸着材に接続された液体抜き出し管を設
   けることに代えて、拡径部の外側に加熱装置を設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の宇宙用二相ループ内液滴
   除去装置。
3. 【請求項３】 蒸発器と凝縮器を備えて宇宙用機器の排
   熱を宇宙に放出する宇宙用二相ループの液滴混合気体を
   送る流通管路内の液滴を除去する宇宙用二相ループ内液
   滴除去装置であって、両端を端面板によって閉塞された
   外胴と、該外胴の内部に所要の環状通路を形成するよう
   同心に配置して一端が一方の端面板に固定され、他端が
   他方の端面板と僅かの隙間を有した内胴と、前記環状通
   路を半径方向に区画する１枚の区画板と、該区画板によ
   って仕切られた環状通路の一端に半径方向に開口して前
   記流通管路の上流側管に接続された液滴混合気体導入口
   と、前記環状通路の他端に半径方向に開口して流通管路
   の下流側管に接続された気体導出口と、前記内胴外面及
   び外胴内面に前記隙間が形成された側に向けて幅が小さ
   くなるように形成したテーパ溝と、前記隙間に連通する
   液体抜き出し管とからなる液滴処理装置を設けたことを
   特徴とする宇宙用二相ループ内液滴除去装置。
4. 【請求項４】 隙間に連通する液体抜き出し管を設ける
   ことに代えて、外胴及び端面板の外側に加熱装置を設け
   たことを特徴とする請求項３記載の宇宙用二相ループ内
   液滴除去装置。