JPH094954A - 被冷却体の温度制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体窒素温度から常温以上の温度範囲におけ
る温度制御を確実に行うことができる被冷却体の温度制
御方法及び装置を提供する。 【構成】 液体窒素供給系統２からの液体窒素と、ガス
窒素供給系統４からのガス窒素とを混合器５で所定割合
で混合した冷媒ガス窒素を被冷却体７に供給し、該被冷
却体７を所定温度に制御するにあたり、前記液体窒素と
ガス窒素とを混合した冷媒ガス窒素の温度を第１温度指
示調節計６で測定して前記液体窒素の供給量を調節する
とともに、前記被冷却体７の温度を第２温度指示調節計
１０で測定して前記ガス窒素の供給量及び被冷却体に設
けた電気ヒーター９の加熱量のいずれか一方又は双方を
調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被冷却体の温度制御方
法及び装置に関し、特に宇宙環境試験を行う際の各種被
試験体を所定温度に保持する際や、宇宙環境試験装置を
構成する真空容器内を所定温度に保持するためのシュラ
ウドの温度制御に適した温度制御方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
各種物品（被冷却体）を冷却して所定温度に保持する方
法として、フロンを冷媒とした二元式冷凍機とヒーター
とによる温度調整法や、液体窒素とヒーターとによる温
度調整法が広く採用されている。

【０００３】しかし、フロンを冷媒として用いる方法
は、近年のフロンの規制問題だけでなく、冷凍機が大掛
かりになる点、さらに、制御温度範囲が最低−６０℃程
度であるなどの欠点を有している。一方、液体窒素を用
いる方法では、液体窒素の温度が極めて低いため、比較
的温度の高い点を制御する場合には制御性が悪く、被冷
却体の温度分布が大きくなりやすいという欠点があっ
た。

【０００４】また、液体窒素を用いる場合は、外気から
の熱侵入を防止するために配管等を保冷材により覆う必
要があるが、大量の保冷材が必要で配管スペースも大き
くなるだけでなく、配管接続部等からの熱侵入を完全に
防ぐことは困難で、液体窒素供給系統が暖まることによ
り液体窒素の流れが阻害され、温度制御に影響を与える
こともあった。特に、宇宙環境試験装置では、シュラウ
ドや被試験体を所定温度に制御する必要があるが、従来
の温度制御では、精密な温度コントロールは困難であっ
た。

【０００５】そこで本発明は、液体窒素温度から常温以
上の温度範囲における温度制御を確実に行うことがで
き、特に、宇宙環境試験装置における真空容器（チェン
バー）内のシュラウドや被試験体の温度制御を精密にか
つ効率よく行うことができる被冷却体の温度制御方法及
び装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の被冷却体の温度制御方法は、液体窒素とガ
ス窒素とを所定割合で混合した冷媒ガス窒素を被冷却体
に供給し、該被冷却体を所定温度に制御する方法であっ
て、前記液体窒素とガス窒素とを混合した冷媒ガス窒素
の温度を測定して前記液体窒素の供給量を調節するとと
もに、前記被冷却体の温度を測定して前記ガス窒素の供
給量及び被冷却体に設けた加熱手段の加熱量のいずれか
一方又は双方を調節することを特徴としている。

【０００７】また、本発明の被冷却体の温度制御装置
は、液体窒素供給弁を有する液体窒素供給系統と、ガス
窒素供給弁を有するガス窒素供給系統と、両系統からそ
れぞれ供給される液体窒素とガス窒素とを混合する混合
器と、該混合器で液体窒素とガス窒素とが混合して生成
した冷媒ガス窒素の温度を測定する冷媒温度測定手段
と、該生成した冷媒ガス窒素を被冷却体に供給する冷媒
ガス窒素供給系統と、前記被冷却体に設けられた加熱手
段と、該被冷却体の温度を測定する被冷却体温度測定手
段と、前記冷媒温度測定手段で測定した冷媒ガス窒素の
温度に基づいて前記液体窒素供給弁の開度を調節する液
体窒素供給量調節手段とを備えるとともに、前記被冷却
体温度測定手段で測定した被冷却体の温度に基づいて、
前記ガス窒素供給弁の開度を調節するガス窒素供給量調
節手段及び前記加熱手段の加熱量を調節する加熱量調節
手段のいずれか一方又は双方の調節手段を備えたことを
特徴としている。

【０００８】さらに、本発明の温度制御装置は、真空容
器内に配置された被冷却体を所定温度に制御する温度制
御装置において、前記真空容器内に、液体窒素供給系統
から供給される液体窒素とガス窒素供給系統から供給さ
れるガス窒素とを混合する混合器と、該混合器で混合し
て生成した冷媒ガス窒素を前記被冷却体に供給する冷媒
ガス窒素供給系統とを収納したこと、特に、前記真空容
器内に、液体窒素供給系統から供給される液体窒素とガ
ス窒素供給系統から供給されるガス窒素とを混合する混
合器と、該混合器で液体窒素とガス窒素とが混合して生
成した冷媒ガス窒素を前記被冷却体に供給する冷媒ガス
窒素供給系統とを収納するとともに、前記混合器で液体
窒素とガス窒素とが混合して生成した冷媒ガス窒素の温
度を測定する冷媒温度測定手段と、前記被冷却体を加熱
する加熱手段と、前記被冷却体の温度を測定する温度測
定手段と、前記冷媒温度測定手段で測定した冷媒ガス窒
素の温度に基づいて前記液体窒素供給系統に設けた液体
窒素供給弁の開度を調節する液体窒素供給量調節手段
と、前記温度測定手段で測定した被冷却体の温度に基づ
いて、前記ガス窒素供給系統に設けたガス窒素供給弁の
開度を調節するガス窒素供給量調節手段及び前記加熱手
段の加熱量を調節する加熱量調節手段のいずれか一方又
は双方の調節手段とを備えたことを特徴としている。

【０００９】また、上記構成において、前記真空容器が
宇宙環境試験装置のチェンバーであり、前記被冷却体が
該チェンバー内に設置された被試験体、あるいは、シュ
ラウドであることを特徴としている。

【００１０】

【作 用】本発明の温度制御方法及び装置によれば、被
冷却体に供給する冷媒ガス窒素の温度を確実にコントロ
ールすることができ、液体窒素の供給量、ガス窒素の供
給量及び被冷却体に設けた加熱手段の加熱量を調節する
ことにより、被冷却体の温度を、液体窒素温度から常温
以上の温度範囲まで、即ち約８０Ｋ乃至４００Ｋの幅広
い温度範囲を確実に制御することができる。

【００１１】また、真空容器内に配置された被冷却体を
所定温度に制御する際に混合器等を真空容器内に収納す
ることにより、これらへの熱侵入量を抑えることがで
き、温度制御性を向上させることができるとともに、精
密な温度管理を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
てさらに詳細に説明する。図１は、本発明方法を実施す
るための装置構成の一実施例を示す系統図であって、宇
宙環境試験装置におけるチェンバー内に設置された被試
験体の温度制御を行う際の装置構成を示している。

【００１３】本実施例に示す温度制御装置は、液体窒素
供給弁１を有する液体窒素供給系統２と、ガス窒素供給
弁３を有するガス窒素供給系統４と、両系統２，４から
それぞれ供給される液体窒素とガス窒素とを混合する混
合器５と、混合器５で液体窒素とガス窒素とが混合して
生成した冷媒ガス窒素の温度を測定する冷媒温度測定手
段である第１温度指示調節計（ＴＩＣ）６と、生成した
冷媒ガス窒素を被冷却体（被試験体）７に供給する冷媒
ガス窒素供給系統８と、被冷却体に設けられた加熱手段
である電気ヒーター９と、被冷却体７の温度を測定する
被冷却体温度測定手段である第２温度指示調節計（ＴＩ
Ｃ）１０とを備えており、混合器５から下流側の系統
は、真空容器である宇宙環境試験装置のチェンバー１１
内に収納されている。

【００１４】上記第１温度指示調節計６は、混合器５で
混合して生成した冷媒ガス窒素が流れる冷媒ガス窒素供
給系統８に設けられた測温筒８ａ内の冷媒ガス窒素の温
度を測定するとともに、測定した冷媒ガス窒素の温度に
基づいて液体窒素供給弁１の開度を調節する液体窒素供
給量調節手段としても機能し、また、第２温度指示調節
計１０は、測定した被冷却体７の温度に基づいてガス窒
素供給弁３の開度を調節するガス窒素供給量調節手段と
ともに、電気ヒーター９の加熱量を調節する加熱量調節
手段の両方の機能を有している。

【００１５】上記第２温度指示調節計１０によるガス窒
素の供給量調節と電気ヒーター９の加熱量調節とは、あ
らかじめ設定されたスプリット制御により行われるもの
で、被冷却体７の設定温度に応じて両方を適宜に調節す
る。また、第１温度指示調節計６の温度設定値は、被冷
却体７の設定温度に対応する第２温度指示調節計１０の
温度設定値と指示値との偏差により自動的に計算され、
変化するように形成されている。

【００１６】例えば、被冷却体７の設定温度が１５０Ｋ
の場合、第２温度指示調節計１０には、これに対応して
１５０Ｋの温度設定値が与えられるが、第１温度指示調
節計６には、被冷却体７の現在温度、即ち第２温度指示
調節計１０の指示値に応じて適当な温度設定値が与えら
れる。例えば、冷却運転の初期で被冷却体７の温度が高
い場合には設定温度の１５０Ｋより低い温度設定値が与
えられ、被冷却体７の温度が１５０Ｋに近付くに従って
所定の計算式に基づいて温度設定値が変化する。

【００１７】なお、被冷却体７の設定温度が常温以上の
場合には、液体窒素の供給は不要であり、ガス窒素供給
系統４から供給するガス窒素の温度制御も行わないの
で、第１温度指示調節計６の機能は実質的に停止し、第
２温度指示調節計１０による電気ヒーター９及びガス窒
素供給量の調節だけが行われる。

【００１８】このように、被冷却体７を所望の温度に制
御するにあたり、あらかじめ液体窒素とガス窒素とを混
合して適当な温度の冷媒ガス窒素を生成し、この冷媒ガ
ス窒素を用いて被冷却体７を冷却し、また、必要に応じ
て電気ヒーター９を作動させて温度調節を行うので、図
２に示すように、液体窒素だけを用いた従来法に比べて
本発明方法では被冷却体７を速やかに所望の温度にする
ことができるだけでなく、温度変動幅も小さくなり、被
冷却体７の温度分布も小さくすることができる。

【００１９】また、混合器５から下流側の系統を、真空
容器であるチェンバー１１内に収納したことにより、こ
れらの系統を真空断熱状態にすることができるので、熱
侵入量を抑えることができ、ハンチングが少なくなり、
温度制御性を大幅に向上できる。さらに、これらの系統
に断熱構造を施す必要がなくなるので、チェンバー１１
内にコンパクトに収納することができ、また、チェンバ
ー１１外においても、混合器等が専有していた分の面積
を小さくすることができる。

【００２０】なお、上記実施例では、宇宙環境試験装置
におけるチェンバー内に設置された被試験体の温度制御
を行う場合を例示して説明したが、宇宙環境試験装置に
おけるチェンバー内に設けられ、該チェンバー内を所定
温度に保持するためのシュラウドの温度制御にも同様に
用いることができる。このとき、シュラウドと被試験体
との両方の温度制御を行う場合には、シュラウド用及び
被試験体用に、それぞれ別系統の温度制御装置を設置す
べきである。また、真空容器内に設置されていない他の
各種の被冷却体の温度制御も同様に行うことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被冷却体の温度制御性を大幅に向上させることができ、
二元式冷凍機を用いた場合に比べて設置面積を小さくす
ることができるとともに幅広い温度範囲で使用できる。
さらに、液体窒素だけを用いた場合に比べて温度のハン
チングが少なくなり、被冷却体を所望の温度に速やかに
調節することができ、被冷却体の温度分布も小さくなり
精密な温度制御を行うことができる。

【００２２】特に、真空容器内に設けられた被冷却体の
温度制御を行う際に、液体窒素とガス窒素とを混合する
混合器から下流側の系統を真空容器に収納することによ
り、該系統を真空断熱した状態にすることができるの
で、真空容器内にコンパクトに収納することができ、設
置面積の低減が図れる。また、熱侵入（ヒートロス）を
抑えることができるので、温度制御性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す系統図である。

【図２】 本発明方法と従来法とにおける温度制御性能
を比較した時間と温度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…液体窒素供給弁、２…液体窒素供給系統、３…ガス
窒素供給弁、４…ガス窒素供給系統、５…混合器、６…
第１温度指示調節計、７…被冷却体、８…冷媒ガス窒素
供給系統、８ａ…測温筒、９…電気ヒーター、１０…第
２温度指示調節計、１１…チェンバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古賀 公貴 神奈川県川崎市川崎区小島町６−２ 日本 酸素株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体窒素とガス窒素とを所定割合で混合
   した冷媒ガス窒素を被冷却体に供給し、該被冷却体を所
   定温度に制御する方法であって、前記液体窒素とガス窒
   素とを混合した冷媒ガス窒素の温度を測定して前記液体
   窒素の供給量を調節するとともに、前記被冷却体の温度
   を測定して前記ガス窒素の供給量及び被冷却体に設けた
   加熱手段の加熱量のいずれか一方又は双方を調節するこ
   とを特徴とする被冷却体の温度制御方法。
2. 【請求項２】 液体窒素供給弁を有する液体窒素供給系
   統と、ガス窒素供給弁を有するガス窒素供給系統と、両
   系統からそれぞれ供給される液体窒素とガス窒素とを混
   合する混合器と、該混合器で液体窒素とガス窒素とが混
   合して生成した冷媒ガス窒素の温度を測定する冷媒温度
   測定手段と、該生成した冷媒ガス窒素を被冷却体に供給
   する冷媒ガス窒素供給系統と、前記被冷却体に設けられ
   た加熱手段と、該被冷却体の温度を測定する被冷却体温
   度測定手段と、前記冷媒温度測定手段で測定した冷媒ガ
   ス窒素の温度に基づいて前記液体窒素供給弁の開度を調
   節する液体窒素供給量調節手段とを備えるとともに、前
   記被冷却体温度測定手段で測定した被冷却体の温度に基
   づいて、前記ガス窒素供給弁の開度を調節するガス窒素
   供給量調節手段及び前記加熱手段の加熱量を調節する加
   熱量調節手段のいずれか一方又は双方の調節手段を備え
   たことを特徴とする被冷却体の温度制御装置。
3. 【請求項３】 真空容器内に配置された被冷却体を所定
   温度に制御する温度制御装置において、前記真空容器内
   に、液体窒素供給系統から供給される液体窒素とガス窒
   素供給系統から供給されるガス窒素とを混合する混合器
   と、該混合器で混合して生成した冷媒ガス窒素を前記被
   冷却体に供給する冷媒ガス窒素供給系統とを収納したこ
   とを特徴とする温度制御装置。
4. 【請求項４】 真空容器内に配置された被冷却体を所定
   温度に制御する温度制御装置において、前記真空容器内
   に、液体窒素供給系統から供給される液体窒素とガス窒
   素供給系統から供給されるガス窒素とを混合する混合器
   と、該混合器で液体窒素とガス窒素とが混合して生成し
   た冷媒ガス窒素を前記被冷却体に供給する冷媒ガス窒素
   供給系統とを収納するとともに、前記混合器で液体窒素
   とガス窒素とが混合して生成した冷媒ガス窒素の温度を
   測定する冷媒温度測定手段と、前記被冷却体を加熱する
   加熱手段と、前記被冷却体の温度を測定する温度測定手
   段と、前記冷媒温度測定手段で測定した冷媒ガス窒素の
   温度に基づいて前記液体窒素供給系統に設けた液体窒素
   供給弁の開度を調節する液体窒素供給量調節手段と、前
   記温度測定手段で測定した被冷却体の温度に基づいて、
   前記ガス窒素供給系統に設けたガス窒素供給弁の開度を
   調節するガス窒素供給量調節手段及び前記加熱手段の加
   熱量を調節する加熱量調節手段のいずれか一方又は双方
   の調節手段とを備えたことを特徴とする温度制御装置。
5. 【請求項５】 前記真空容器が宇宙環境試験装置のチェ
   ンバーであり、前記被冷却体が該チェンバー内に設置さ
   れた被試験体であることを特徴とする請求項３又は４記
   載の温度制御装置。
6. 【請求項６】 前記真空容器が宇宙環境試験装置のチェ
   ンバーであり、前記被冷却体が該チェンバー内に設けら
   れたシュラウドであることを特徴とする請求項３又は４
   記載の温度制御装置。