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JP2712559B2 - Temperature control device for spacecraft and temperature control method using the device - Google Patents
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JP2712559B2 - Temperature control device for spacecraft and temperature control method using the device - Google Patents

Temperature control device for spacecraft and temperature control method using the device

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JP2712559B2
JP2712559B2 JP1132427A JP13242789A JP2712559B2 JP 2712559 B2 JP2712559 B2 JP 2712559B2 JP 1132427 A JP1132427 A JP 1132427A JP 13242789 A JP13242789 A JP 13242789A JP 2712559 B2 JP2712559 B2 JP 2712559B2
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spacecraft
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政義 堀
震太郎 塩冶
歳和 矢野
淳一 落合
紘一 千葉
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石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は宇宙往還機の温度制御装置及び該装置を用い
た温度制御方法に関するものである。
The present invention relates to a temperature control device for a spacecraft and a temperature control method using the device.

[従来の技術] 近年、スペースシャトル等の宇宙往還機に対する研究
開発が進んでいる。
[Related Art] In recent years, research and development on space shuttles such as a space shuttle have been advanced.

該宇宙往還機には人間やコンピュータ等の電子機器等
が載せられるため、内部の温度を高い精度で制御する必
要がある。
Since electronic devices such as humans and computers are mounted on the spacecraft, it is necessary to control the internal temperature with high accuracy.

そこで従来の宇宙往還機の温度制御装置及び該装置を
用いた温度制御方法を第5図により説明する。
Therefore, a conventional temperature control device for a spacecraft and a temperature control method using the device will be described with reference to FIG.

図示しない宇宙往還機内部に設けられた電子機器等の
発熱源1を直接通り、且つ燃料電池等の発熱源2に補助
流体ループ3を介して接続された熱交換器4を通って循
環するように流体主ループ(以下フロン主ループとい
う)5を構成する。
It circulates directly through a heat source 1 such as an electronic device provided inside a spacecraft (not shown) and through a heat exchanger 4 connected to a heat source 2 such as a fuel cell via an auxiliary fluid loop 3. A fluid main loop (hereinafter referred to as a chlorofluorocarbon main loop) 5 is formed.

該フロン主ループ5の途中にラジエータ6及び水フラ
ッシュ蒸発器7並にアンモニアボイラ8を配設する。
A radiator 6, a water flash evaporator 7 and an ammonia boiler 8 are arranged in the middle of the CFC main loop 5.

前記ラジエータ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、前記水フラッシュ蒸発器7及び
アンモニアボイラ8は例えば第6図に示すように、燃料
電池等の発熱源2で発生した水9が補給されるようにし
た水タンク10からの水、或いはアンモニアタンク11から
のアンモニアを蒸発させる、宇宙往還機外部の気圧と等
しい圧力の蒸発室12に、該蒸発室12の外周を取り巻くよ
う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(水フラッシュ蒸発器7及びアンモニアボイ
ラ8にはこれ以外にも様々な構造のものがあるが原理的
には上記のものと略同様である)。
The radiator 6 is a panel-shaped one that can be expanded only on a track, and the water flash evaporator 7 and the ammonia boiler 8 are provided with water generated by the heat source 2 such as a fuel cell, as shown in FIG. The evaporating chamber 12 having a pressure equal to the atmospheric pressure outside the space shuttle, which evaporates the water from the water tank 10 or the ammonia from the ammonia tank 11 so as to be replenished with the water 9, surrounds the outer periphery of the evaporating chamber 12. The water flash evaporator 7 and the ammonia boiler 8 have various structures other than the above, but have a structure in which a part of the CFC main loop 5 is disposed. It is almost the same).

13はポンプ、14はバルブを示す。 13 is a pump, 14 is a valve.

次に上記装置を用いた宇宙往還機の温度制御方法を第
5図〜第7図を用いて説明する。
Next, a method for controlling the temperature of a spacecraft using the above-described apparatus will be described with reference to FIGS.

ポンプ13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1,2がフロン主ループ5で冷却され
る。
By operating the pump 13 to circulate the Freon main loop 5, the heat sources 1 and 2 are cooled by the Freon main loop 5.

発熱源1,2を冷却したフロン主ループ5は温度が上昇
するので、ラジエータ6、水フラッシュ蒸発器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、宇宙
往還機aが温度制御される。
Since the temperature of the Freon main loop 5 that has cooled the heat sources 1 and 2 rises, exhaust heat is performed using any of the radiator 6, the water flash evaporator 7, and the ammonia boiler 8, and the spacecraft a is temperature controlled. Is done.

先ず、宇宙往還機aの打ち上げからしばらくの時間の
間に通過する区間Aはフロン主ループ5自体の熱容量に
より発熱源1,2から発生した熱をフロン主ループ5で吸
収させ、その後宇宙往還機aが大気圏外に出てから軌道
に乗るまでの区間Bは水フラッシュ蒸発器7を使用し、
水タンク10内の水を大気圏外の気圧と等しい極く低い圧
力の蒸発室12内へ供給することにより水を蒸発させ蒸発
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Cではラジエータ6を開くことができるので、ラ
ジエータ6からフロン主ループ5の熱を宇宙空間に排熱
する。宇宙往還機aの帰還時には大気圏外の区間Dは前
記水フラッシュ蒸発器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Eではアンモニアボイラ8に
切り換え、アンモニアタンク11のアンモニアをアンモニ
アボイラ8の蒸発室12に供給することにより、水よりも
沸点が低く水に近い蒸発熱を有するアンモニアを蒸発さ
せ、アンモニアの蒸発潜熱としてフロン主ループ5の熱
を排熱する。
First, in the section A passing for a while after the launch of the spacecraft a, the heat generated from the heat sources 1 and 2 is absorbed by the Freon main loop 5 due to the heat capacity of the Freon main loop 5 itself. In the section B between the time when a goes out of the atmosphere and the time when it goes into orbit, the water flash evaporator 7 is used.
The water in the water tank 10 is supplied into the evaporation chamber 12 at an extremely low pressure equal to the atmospheric pressure outside the atmosphere to evaporate the water and exhaust the heat of the CFC main loop 5 as latent heat of evaporation. Since the radiator 6 can be opened in the section C on the orbit, the heat of the Freon main loop 5 is exhausted from the radiator 6 to outer space. At the time of return of the spacecraft a, the section D outside the atmosphere uses the water flash evaporator 7 to discharge the heat of the CFC main loop 5, and the section E in the atmosphere uses the ammonia boiler 8 to switch the ammonia to the ammonia boiler 8. By supplying the ammonia to the evaporation chamber 12 of the ammonia boiler 8, ammonia having a boiling point lower than that of water and having an evaporation heat close to that of water is evaporated, and the heat of the CFC main loop 5 is exhausted as ammonia evaporation latent heat.

尚、水フラッシュ蒸発器7に供給する水の量及びアン
モニアボイラ8に供給するアンモニアの量は、フロン主
ループ5の温度が一定(略2〜3℃)になるように調節
する。このようにすることにより、フロン主ループ5か
らの排熱量と時間の関係を示す第8図に示すような排熱
が行なわれる。
The amount of water supplied to the water flash evaporator 7 and the amount of ammonia supplied to the ammonia boiler 8 are adjusted so that the temperature of the CFC main loop 5 becomes constant (approximately 2 to 3 ° C.). By doing so, heat is discharged as shown in FIG. 8 showing the relationship between the amount of heat discharged from the CFC main loop 5 and time.

尚、第8図中斜線を施した部分は、宇宙往還機aの大
気圏突入時の図示しないアクチュエータ系による排熱量
を示しており、これはフロン主ループ5による排熱量に
は含まれない。
The hatched portions in FIG. 8 indicate the amount of heat exhausted by the actuator system (not shown) when the spacecraft a enters the atmosphere, and is not included in the amount of heat exhausted by the Freon main loop 5.

このようにして空気抵抗の影響のない軌道上の区間C
ではラジエータ6が用いられ、ラジエータ6を用いるこ
とができないそれ以外の区間B,D,Eでは、水と水より沸
点の低いアンモニアの蒸発潜熱が利用され、このうち大
気圏外の区間B,Dでは水フラッシュ蒸発器7に、大気圏
内の区間Eではアンモニアボイラ8に切り換えられてい
た。
In this way, the section C on the orbit without the influence of air resistance
In the other sections B, D, and E in which the radiator 6 cannot be used, the latent heat of vaporization of water and ammonia having a boiling point lower than that of water is used. In the sections B and D outside the atmosphere, The water flash evaporator 7 was switched to the ammonia boiler 8 in the section E in the atmosphere.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら上記従来の宇宙往還機の温度制御装置及
び該装置を用いた温度制御方法では、宇宙往還機aの全
温度制御装置の1/3以上の重量を占めるラジエータ6を
設けたり、更に略同様の基本構造を有する水フラッシュ
蒸発器7とアンモニアボイラ8とを2つ別々に設けてい
たので、宇宙往還機aの重量化を招き、且つ宇宙往還機
aの外部の気圧により水とアンモニアを切り換えて使用
しなければならないため温度制御が複雑となっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional temperature control device of the spacecraft and the temperature control method using the device, the radiator occupying more than one third of the total temperature control device of the spacecraft a is used. 6 and two separate water flash evaporators 7 and ammonia boilers 8 having substantially the same basic structure, the weight of the spacecraft a is increased, and the spacecraft a The temperature control has been complicated because water and ammonia must be switched and used depending on the atmospheric pressure.

更に宇宙往還機aからの排熱量に応じて水やアンモニ
アの蒸発量が増加し、その結果宇宙往還機aに積み込ま
なければならない液体の量も増加するため、液体による
宇宙往還機aの重量化を招き、特に宇宙往還機aが軌道
c上に長期滞在する際には問題となっていた。
Further, the evaporation amount of water and ammonia increases in accordance with the amount of heat exhausted from the spacecraft a, and as a result, the amount of liquid that must be loaded on the spacecraft a also increases. This has been a problem especially when the spacecraft a stays on the orbit c for a long time.

本発明は上述の実情に鑑み、宇宙往還機の軽量化及び
温度制御の簡略化を図り得るようにした宇宙往還機の温
度制御装置及び該装置を用いた温度制御方法を提供する
ことを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a temperature control device for a spacecraft and a temperature control method using the device, which can reduce the weight of the spacecraft and simplify temperature control. Is what you do.

[課題を解決するための手段] 第1の発明は宇宙往還機内部に設けられた発熱源から
の熱を受けて循環するよう設けられた流体主ループと、
該流体主ループの途中に設けられ、水及び低沸点液並に
両者を混合した低沸点液水溶液のうちのいずれか1つを
蒸発させる低沸点液水溶液蒸発器と、水の量を調整する
流量調整弁を備えた水タンクと、低沸点液の量を調整す
る流量調整弁を備えた低沸点液タンクと、低沸点液水溶
液蒸発器及び水タンク並びに低沸点液タンクの間に相互
接続され、水タンクからの水及び低沸点液タンクからの
低沸点液を直接又は混合しつつ低沸点液水溶液蒸発器へ
送給可能な管路とで構成したことを特徴とする宇宙往還
機の温度制御装置に係るものであり、第2の発明は少な
くとも宇宙往還機の打ち上げ時に熱を発生する発熱源の
熱を受けて循環するよう設けられた低沸点液ループと、
該低沸点液ループの途中に設けられた水タンクと、該水
タンクに前記低沸点液ループ内の低沸点液を混入させる
流量調整弁と、宇宙往還機内部に設けられた前記以外の
各発熱源毎に設けられ、前記水タンクからの水及び低沸
点液並に両者を混合した低沸点液水溶液のうちのいずれ
か1つを蒸発させる低沸点液水溶液蒸発器とを備え或い
は更に低沸点水溶液蒸発器から排出された水蒸気を水タ
ンクへ戻す回収器を備えたことを特徴とする宇宙往還機
の温度制御装置に係るものであり、第3の発明は液体を
蒸発させ該液体の蒸発潜熱として宇宙往還機内部からの
排熱を行う場合に、上記液体として水と低沸点液を混合
した低沸点液水溶液を用いると共に、宇宙往還機外部の
気圧が高くなるに従い前記低沸点液水溶液の濃度を高め
て行くことを特徴とする宇宙往還機の温度制御装置を用
いた温度制御方法にかかるものである。
[Means for Solving the Problems] A first invention is a fluid main loop provided to circulate by receiving heat from a heat source provided inside a spacecraft.
A low-boiling liquid aqueous solution evaporator provided in the middle of the fluid main loop to evaporate any one of water and a low-boiling liquid aqueous solution in which both are mixed, and a flow rate for adjusting the amount of water A water tank with a regulating valve, a low-boiling liquid tank with a flow-regulating valve for regulating the amount of low-boiling liquid, and a low-boiling liquid aqueous solution evaporator and a water tank and interconnected between the low-boiling liquid tank; A temperature control device for a space shuttle vehicle, comprising a pipe capable of directly or mixing water from a water tank and a low-boiling liquid from a low-boiling liquid tank and supplying the water to a low-boiling liquid aqueous solution evaporator. The second invention is a low-boiling liquid loop provided to circulate by receiving heat of a heat source that generates heat at least when the spacecraft is launched,
A water tank provided in the middle of the low-boiling liquid loop; a flow control valve for mixing the low-boiling liquid in the low-boiling liquid loop into the water tank; and other heat sources provided inside the space shuttle. A low-boiling liquid aqueous solution evaporator provided for each source and evaporating any one of the water from the water tank and the low-boiling liquid aqueous solution as well as the low-boiling liquid aqueous solution obtained by mixing the two. A third aspect of the present invention relates to a temperature control device for a spacecraft, comprising a recovering device for returning steam discharged from an evaporator to a water tank, wherein the third invention evaporates a liquid to generate latent heat of the liquid. When heat is discharged from inside the spacecraft, a low-boiling liquid aqueous solution obtained by mixing water and a low-boiling liquid is used as the liquid, and the concentration of the low-boiling liquid solution is increased as the pressure outside the spacecraft becomes higher. Characterized by raising In which according to the temperature control method using the temperature control apparatus of the spacecraft to be.

[作用] 第1の発明では、流体主ループを循環させて宇宙往還
機内部の各発熱源を冷却し、各発熱源を冷却して高温と
なった流体主ループの熱を低沸点液水溶液蒸発器で排熱
する。
[Operation] In the first invention, each heat source inside the spacecraft is cooled by circulating the fluid main loop, and the heat of the fluid main loop, which has been heated to a high temperature by cooling each heat source, is evaporated to a low boiling liquid aqueous solution. Exhaust heat in the vessel.

低沸点水溶液蒸発器は水及びアンモニアの如き低沸点
液並に水と低沸点液を混合した低沸点液水溶液のうちの
いずれか1つを蒸発させ、該蒸発の潜熱として流体主ル
ープの熱を排熱する。
The low-boiling aqueous solution evaporator evaporates one of a low-boiling liquid such as water and ammonia as well as a low-boiling liquid aqueous solution obtained by mixing water and a low-boiling liquid, and uses the heat of the fluid main loop as latent heat of the evaporation. Exhaust heat.

第2の発明では、低沸点液ループを循環させて宇宙往
還機の打ち上げ時に作動して熱を発生する発熱源を冷却
し、該発熱源を冷却して高温となった低沸点液ループの
熱を水タンク及び貯冷器で吸収する。
In the second invention, the low-boiling liquid loop is circulated to cool the heat source that generates heat by operating at the time of launching the space shuttle, and the heat of the low-boiling liquid loop that is heated to a high temperature by cooling the heat source. Is absorbed in a water tank and a cooler.

宇宙往還機の打ち上げ後に作動して熱を発生する発熱
源を、夫々に設けられた低沸点液水溶液蒸発器で冷却す
る。
Heat sources that generate heat by operating after the launch of the space shuttle are cooled by the low-boiling liquid aqueous solution evaporators provided respectively.

低沸点液水溶液蒸発器は水及び低沸点液並に水と低沸
点液を混合した低沸点液水溶液のうちのいずれか1つを
蒸発させ、該蒸発の潜熱として各発熱源の熱を排熱す
る。
The low-boiling liquid aqueous solution evaporator evaporates one of water and a low-boiling liquid aqueous solution in which water and a low-boiling liquid are mixed together with the low-boiling liquid, and discharges the heat of each heat source as latent heat of the evaporation. I do.

低沸点液水溶液蒸発器から排出された水蒸気は回収器
で水タンクへ戻され、再利用される。
The water vapor discharged from the low-boiling liquid aqueous solution evaporator is returned to the water tank by the recovery device and reused.

第3の発明では、水と低沸点液を混合して低沸点液水
溶液とし、宇宙往還機の外部の気圧が高くなるに従い濃
度が高くなるようにして低沸点液水溶液を蒸発させ、該
蒸発による潜熱として宇宙往還機内部からの排熱を行な
う。
In the third invention, water and a low-boiling liquid are mixed to form a low-boiling liquid aqueous solution, and the low-boiling liquid aqueous solution is evaporated so that the concentration increases as the pressure outside the space shuttle increases, and the low-boiling liquid is evaporated. Waste heat from inside the spacecraft is used as latent heat.

[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。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図〜第3図は本発明の一実施例であり、図中第5
図と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
FIGS. 1 to 3 show an embodiment of the present invention.
Parts denoted by the same reference numerals as those in the drawings represent the same items.

水タンク10からの水を送る管路15と、アンモニアタン
ク11からのアンモニア等の低沸点液を送る管路16とを合
流して合流管路17を形成し、該合流管路17をフロン主ル
ープ5の途中に設けたアンモニア水溶液蒸発器18に接続
する。
A pipe 15 for sending water from the water tank 10 and a pipe 16 for sending a low boiling point liquid such as ammonia from the ammonia tank 11 are merged to form a merged pipe 17. It is connected to an aqueous ammonia solution evaporator 18 provided in the middle of the loop 5.

前記水及びアンモニアを送る管路15,16の夫々に流量
調整弁19,20を設け、前記フロン主ループ5のアンモニ
ア水溶液蒸発器18の入側に温度センサ21を設ける。
Flow control valves 19 and 20 are provided in pipes 15 and 16 for sending water and ammonia, respectively, and a temperature sensor 21 is provided on the inlet side of the ammonia aqueous solution evaporator 18 of the CFC main loop 5.

該温度センサ21の検出温度22と温度設定器23からの設
定温度24を入力して両者の温度差25を求める減算器26を
設ける。
There is provided a subtractor 26 for inputting the detected temperature 22 of the temperature sensor 21 and the set temperature 24 from the temperature setter 23 to obtain a temperature difference 25 between the two.

減算器26からの温度差25と、圧力センサ27で検出した
宇宙往還機a外部の気圧28とを入力して前記流量調整弁
19,20に指令29,30を送る演算制御装置31を設ける。
The temperature difference 25 from the subtractor 26 and the air pressure 28 outside the spacecraft a detected by the pressure sensor 27 are input to the flow control valve.
An arithmetic and control unit 31 for sending commands 29 and 30 to 19 and 20 is provided.

次に作動について説明する。 Next, the operation will be described.

フロン主ループ5自体は第5図に示すものと同様に作
動する。
The Freon main loop 5 itself operates in the same manner as that shown in FIG.

本発明では第7図のB,D,Eの区間の全てにおいてアン
モニア水溶液蒸発器18を使用して宇宙往還機aの温度制
御を行なう。
In the present invention, the temperature control of the spacecraft a is performed using the ammonia aqueous solution evaporator 18 in all the sections B, D, and E in FIG.

即ち、宇宙往還機aの外部の気圧28を圧力センサ27で
検出して検出した気圧28を演算制御装置31に入力する。
That is, the air pressure 28 outside the space shuttle a is detected by the pressure sensor 27 and the detected air pressure 28 is input to the arithmetic and control unit 31.

すると演算制御装置31は、先ず水と、アンモニアと、
両者を混合したアンモニア水溶液のうちから、検出した
気圧28のときに沸点が所定の温度となる液体(アンモニ
ア水溶液の場合はその濃度)を求める。
Then, the arithmetic and control unit 31 firstly waters, ammonia,
From the mixed ammonia aqueous solution, a liquid having a predetermined boiling point at the detected atmospheric pressure of 28 (the concentration of the aqueous ammonia solution) is determined.

上記所定温度は、フロン主ループ5を一定の温度(例
えば2〜3℃)に保持する際に最も便宜の良い温度(例
えば−30℃)を、予め選定しておく。
As the above-mentioned predetermined temperature, a temperature (for example, −30 ° C.) that is most convenient for maintaining the CFC main loop 5 at a constant temperature (for example, 2 to 3 ° C.) is selected in advance.

次に演算制御装置31は、求めた液体のエンタルピーを
導き出してそのエンタルピーとその液体が蒸発したとき
に有するエンタルピーとのエンタルピー差を求めると共
に、減算器26で求めた温度センサ21からのフロン主ルー
プ5の検出温度22と温度設定器23に入力した設定温度24
との温度差25にフロンの量と比重を掛けてフロン主ルー
プ5からの排熱量を求め、該排熱量を前記エンタルピー
で割って必要な液体の量を求める。
Next, the arithmetic and control unit 31 derives the obtained enthalpy of the liquid, obtains the enthalpy difference between the enthalpy and the enthalpy of the liquid when the liquid evaporates, and obtains the CFC main loop from the temperature sensor 21 obtained by the subtractor 26. 5 detected temperature 22 and set temperature 24 input to temperature setting device 23
Is multiplied by the amount of Freon and the specific gravity to obtain the amount of heat exhausted from the Freon main loop 5, and the amount of necessary heat is obtained by dividing the amount of heat exhausted by the enthalpy.

最後に演算制御装置31は求めた液体の量に基づき流量
調整弁19,20に指令29,30を送って水とアンモニアの流量
を調整する。
Finally, the arithmetic and control unit 31 adjusts the flow rates of water and ammonia by sending commands 29 and 30 to the flow control valves 19 and 20 based on the obtained liquid amounts.

従って宇宙往還機aの打ち上げ時の区間Bでは、アン
モニア水溶液蒸発器18から排出される液体は、宇宙往還
機aの高度上昇による気圧の低下に伴ない水となり、帰
還時の区間D,Eでアンモニア水溶液蒸発器18から排出さ
れる液体は、宇宙往還機aの高度低下による気圧の上昇
に伴ない、水から薄いアンモニア水溶液となり、徐々に
アンモニア水溶液の濃度が上がって最後にアンモニアと
なる。
Therefore, in the section B at the time of the launch of the space shuttle a, the liquid discharged from the ammonia aqueous solution evaporator 18 becomes water as the pressure decreases due to the elevation of the space shuttle a, and in the sections D and E at the time of return, The liquid discharged from the ammonia aqueous solution evaporator 18 changes from water to a thin aqueous ammonia solution as the pressure rises due to a decrease in altitude of the space shuttle a, gradually increases the concentration of the aqueous ammonia solution, and finally becomes ammonia.

このように、アンモニア水溶液蒸発器18により水とア
ンモニアの蒸発作用を兼用して行なわせているので、宇
宙往還機aの軽量化を図ることができる。
As described above, since the ammonia aqueous solution evaporator 18 performs the function of also evaporating water and ammonia, the weight of the spacecraft a can be reduced.

又、水とアンモニアをアンモニア水溶液として使用
し、しかも気圧に合わせてアンモニア水溶液の濃度を変
えて使用しているので、高い温度制御性が得られる。
In addition, since water and ammonia are used as an aqueous ammonia solution and the concentration of the aqueous ammonia solution is changed according to the atmospheric pressure, high temperature controllability is obtained.

次に第2図を用いて水、アンモニア、又は両者を混合
したアンモニア水溶液のエンタルピー差の求め方を具体
的に説明する。
Next, the method of obtaining the enthalpy difference of water, ammonia, or an aqueous ammonia solution obtained by mixing both will be described in detail with reference to FIG.

この際、水タンク10内の水とアンモニアタンク11内の
アンモニアの温度を0℃、宇宙往還機a外部の気圧を0.
1ataと仮定し、前記所定の沸点を−30℃とする。
At this time, the temperature of the water in the water tank 10 and the ammonia in the ammonia tank 11 was set to 0 ° C., and the pressure outside the space shuttle a was set to 0.
Assuming 1 ata, the predetermined boiling point is -30 ° C.

第2図はアンモニア水溶液の濃度とエンタルピーの関
係を表わすデューリング線図であり、一般に周知のもの
である。
FIG. 2 is a During diagram showing the relationship between the concentration of an aqueous ammonia solution and enthalpy, which is generally known.

該デューリング線図上の沸点が−30℃の液体のエンタ
ルピーを示す線イと、宇宙往還機aの外部の気圧28にお
ける液体の有するエンタルピーを示す線(0.1ataの4蒸
発線ロ)との交点ハを求める。該交点ハにおける濃度
(36%)が求める液体(の濃度)である。
A line a indicating the enthalpy of the liquid having a boiling point of -30 ° C. on the During diagram and a line indicating the enthalpy of the liquid at the atmospheric pressure 28 outside the spacecraft a (4 evaporation lines of 0.1ata) Find the intersection c. The concentration (36%) at the intersection C is (the concentration of) the liquid to be obtained.

第3図に沸点が−30℃の場合におけるアンモニア水溶
液と宇宙往還機aの外部の気圧との関係を表わす線図を
示す。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the aqueous ammonia solution and the atmospheric pressure outside the spacecraft a when the boiling point is -30 ° C.

第3図によれば気圧が高くなるに従いアンモニア水溶
液の濃度を高くするようにすれば良いことがわかる。
FIG. 3 shows that the concentration of the aqueous ammonia solution should be increased as the atmospheric pressure increases.

一方、前記デューリング線図上の0℃のアンモニア水
が有するエンタルピーを示す線ニの水100%の点ホとア
ンモニア100%の点へを結ぶことにより、0℃の水と0
℃のアンモニアを混合したアンモニア水溶液が有するエ
ンタルピーを求める(線ト)。
On the other hand, a line indicating the enthalpy of ammonia water at 0 ° C. on the During diagram is connected to the point of 100% of water (e) and the point of 100% of ammonia so that water at 0 ° C.
The enthalpy of the aqueous ammonia solution mixed with ammonia at ℃ is determined (line g).

次に、宇宙往還機aの外部の圧力(0.1ata)における
気体の有するエンタルピーを示す線(0.1ataの凝縮線
チ)の前記のようにして求めた濃度36%の点リのエンタ
ルピーから、前記0℃の水と0℃のアンモニアを混合し
たアンモニア水溶液のエンタルピーを示す線トの濃度36
%の点ヌのエンタルピーを引くとエンタルピー差ルが求
められる。
Next, from the enthalpy of the point 36% concentration obtained as described above of the line indicating the enthalpy of the gas at the pressure (0.1ata) outside the spacecraft a (0.1ata), Concentration of the line that indicates the enthalpy of the aqueous ammonia solution obtained by mixing 0 ° C water and 0 ° C ammonia
The enthalpy difference is calculated by subtracting the enthalpy of the percentage point.

第4図は本発明の他の実施例である。 FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.

打ち上げ前に地上の冷凍機32に接続されて内部に氷が
作られる蓄冷器33、及び熱交換器付きの水タンク10、並
に打ち上げ時に作動して熱を発生している発熱源34を通
るように、アンモニアタンク11からのアンモニアを循環
させるアンモニアループ35を形成する。
Before launch, it passes through a regenerator 33, which is connected to a ground-based refrigerator 32 to form ice inside, and a water tank 10 with a heat exchanger, and a heat source 34, which also operates at launch to generate heat. Thus, an ammonia loop 35 for circulating ammonia from the ammonia tank 11 is formed.

該アンモニアループ35を流量調整弁36を備えた管路37
により水タンク10出口と連通すると供に、蓄冷器33内部
を管路38により熱交換器付きの水タンク10内部と連通す
る。
The ammonia loop 35 is connected to a line 37 having a flow control valve 36.
In addition, the inside of the regenerator 33 is communicated with the inside of the water tank 10 with the heat exchanger through the conduit 38 while communicating with the outlet of the water tank 10.

打ち上げ後に軌道上で作動する各発熱源1,2に夫々小
型のアンモニア水溶液蒸発器18を補助流体ループ3を介
して接続し、水タンク11内部に接続した管路39をアンモ
ニアループ35が通された発熱源34を通した後分岐し各ア
ンモニア水溶液蒸発器18に接続する。
A small ammonia aqueous solution evaporator 18 is connected to each of the heat sources 1 and 2 operating on the orbit after the launch via the auxiliary fluid loop 3, and an ammonia loop 35 is passed through a pipe 39 connected inside the water tank 11. After passing through the heat generating source 34, it branches and is connected to each ammonia aqueous solution evaporator 18.

アンモニア水溶液蒸発器18で発生した蒸気を宇宙往還
機外部へ導く管路40を分岐して一方に受け部41及びヒー
タ部42から成る回収器43を設け、該回収器43を管路44で
水タンク10に接続する。
A conduit 40 for guiding the vapor generated by the aqueous ammonia solution evaporator 18 to the outside of the spacecraft is branched, and a collecting device 43 including a receiving portion 41 and a heater portion 42 is provided on one side. Connect to tank 10.

尚、45,46,47は演算制御装置から各流量調整弁36,48,
49への指令である。
In addition, 45, 46, 47 are flow control valves 36, 48,
It is a command to 49.

本実施例では、宇宙往還機aの打ち上げ前に蓄冷器33
に地上の冷凍機32を接続して蓄冷器33内部に氷を作って
貯えておく。
In this embodiment, the regenerator 33 is launched before the launch of the spacecraft a.
Is connected to a refrigeration unit 32 on the ground, and ice is made and stored inside the regenerator 33.

打ち上げ後はアンモニアループ35を作動させ、打ち上
げ時に作動している発熱源34が発生する熱を蓄冷器34内
の氷及び水タンク10内の水により吸収させて温度制御を
行なう。蓄冷器33と水タンク10による温度制御は宇宙往
還機aが軌道上に達する迄の区間A,Bまで行なわれる。
After the launch, the ammonia loop 35 is operated, and the heat generated by the heat source 34 operating during the launch is absorbed by the ice in the regenerator 34 and the water in the water tank 10 to control the temperature. The temperature control by the regenerator 33 and the water tank 10 is performed up to the sections A and B until the spacecraft a reaches the orbit.

軌道上の区間Cでは、蓄冷器33内部の氷が解けてでき
た水と水タンク10の水とを、使用により熱を発生してい
る発熱源1,2のアンモニア水溶液蒸発器18に供給するよ
うにして、各発熱源1,2毎に水の蒸発潜熱を利用した温
度制御を行なう。
In section C on the orbit, the water formed by melting the ice inside the regenerator 33 and the water in the water tank 10 are supplied to the ammonia aqueous solution evaporators 18 of the heat sources 1 and 2 which generate heat by use. Thus, the temperature control using the latent heat of evaporation of water is performed for each of the heat sources 1 and 2.

この際、蒸発して宇宙往還機aの外部に排出された水
蒸気は回収器43の受け部41で集められ、ヒータ部42で暖
められて液化され(水蒸気は軌道上に排出されたときに
凍って氷の粒となる)、再び水タンク10に戻される。こ
れにより、宇宙往還機aの軌道上での長期滞在が可能に
なる。
At this time, the water vapor evaporated and discharged to the outside of the spacecraft a is collected by the receiving portion 41 of the recovery device 43, heated and liquefied by the heater portion 42 (the water vapor freezes when discharged on orbit). Ice particles) and returned to the water tank 10 again. As a result, the long-term stay of the spacecraft a in orbit becomes possible.

帰還時の区間D,Eでは、アンモニアループ35及びアン
モニアタンク11内のアンモニアを水タンク10からの水と
適度に混合して行くことにより、アンモニア水溶液蒸発
器18に供給する液体を水からアンモニア水溶液へ更にア
ンモニアへと移行して行く。
In sections D and E at the time of return, the ammonia supplied in the ammonia loop 35 and the ammonia tank 11 is appropriately mixed with the water from the water tank 10 so that the liquid supplied to the ammonia aqueous solution evaporator 18 is converted from the water into the aqueous ammonia solution. And then to ammonia.

尚、本発明の宇宙往還機の温度制御装置及び該装置を
用いた温度制御方法は、上述の実施例にのみ限定される
ものではなく、低沸点液はアンモニアに限らないこと、
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変
更を加え得ることは勿論である。
In addition, the temperature control device of the spacecraft of the present invention and the temperature control method using the device are not limited to only the above-described embodiment, and the low boiling point liquid is not limited to ammonia,
Of course, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明の宇宙往還機の温度制御
装置及び該装置を用いた温度制御方法によれば、下記の
如き種々の優れた効果を奏し得る。
[Effects of the Invention] As described above, according to the temperature control device for a spacecraft and the temperature control method using the device of the present invention, the following various excellent effects can be obtained.

低沸点液水溶液蒸発器を設けたので、水フラッシュ
蒸発器及びアンモニアボイラが不要となって宇宙往還機
を軽量化することができる。
Since the low boiling point liquid aqueous solution evaporator is provided, the water flash evaporator and the ammonia boiler are not required, and the space shuttle can be reduced in weight.

低沸点液水溶液蒸発器により低沸点液水溶液の濃度
を変えて蒸発させるようにしたので、宇宙往還機内部の
温度制御を容易且つ高精度に行なうことができる。
Since the low-boiling liquid aqueous solution evaporator changes the concentration of the low-boiling liquid aqueous solution to evaporate, the temperature inside the space shuttle can be easily and accurately controlled.

低沸点液ループ及び低沸点液水溶液蒸発器を設ける
ことにより、液体主ループとラジエータが不要になり、
更に大幅に宇宙往還機を軽量化し得る。
By providing a low-boiling liquid loop and a low-boiling liquid aqueous solution evaporator, the liquid main loop and radiator become unnecessary,
Further, the spacecraft can be significantly reduced in weight.

低沸点液水溶液蒸発器で蒸発した蒸気を回収するこ
とにより宇宙往還機内に積み込まなければならない液体
の量が少量で済み、総排熱量が大きい宇宙往還機では大
幅な軽量化を図ることができる。
By recovering the vapor evaporated by the low boiling liquid aqueous solution evaporator, the amount of liquid that must be loaded into the space shuttle is small, and the space shuttle having a large total heat dissipation can be significantly reduced in weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の系統図、第2図はアンモニ
ア水溶液の濃度とエンタルピーの関係を表わすデューリ
ング線図、第3図は沸点が−30℃の場合におけるアンモ
ニア水溶液と宇宙往還機の外部の気圧との関係を表わす
線図、第4図は本発明の他の実施例の系統図、第5図は
従来例の系統図、第6図は第5図の水フラッシュ蒸発器
及びアンモニアボイラの原理図、第7図は宇宙往還機の
飛行工程図、第8図はフロン主ループの排熱量と時間の
関係を表わす線図である。 図中、1,2,34は発熱源、4は熱交換器、5は流体主ルー
プ(フロン主ループ)、10は水タンク、11はアンモニア
タンク、18はアンモニア水溶液蒸発器、19,20,36,48,49
は流量調整弁、28は宇宙往還機の外部の気圧、35はアン
モニアループ、aは宇宙往還機を示す。
FIG. 1 is a system diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a During diagram showing the relationship between the concentration of an aqueous ammonia solution and enthalpy, and FIG. 3 is an aqueous ammonia solution and a space flight when the boiling point is −30 ° C. FIG. 4 is a system diagram of another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a system diagram of a conventional example, and FIG. 6 is a water flash evaporator of FIG. FIG. 7 is a flight process diagram of the spacecraft, and FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the amount of heat exhausted from the CFC main loop and time. In the figure, 1, 2, and 34 are heat sources, 4 is a heat exchanger, 5 is a fluid main loop (Freon main loop), 10 is a water tank, 11 is an ammonia tank, 18 is an ammonia aqueous solution evaporator, 19, 20, 36,48,49
Denotes a flow control valve, 28 denotes an air pressure outside the spacecraft, 35 denotes an ammonia loop, and a denotes a spacecraft.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 歳和 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 落合 淳一 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 千葉 紘一 東京都千代田区丸の内1丁目6番2号 石川島播磨重工業株式会社本社別館内 (56)参考文献 特開 平1−132499(JP,A) 特開 平1−132500(JP,A) 特開 平1−145300(JP,A) 実開 昭63−201968(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Toshikazu Yano 1 Shin-Nakahara-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Technical Research Institute of Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. (72) Inventor Junichi Ochiai Shin-Nakahara-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa No. 1 Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. Technical Research Institute (72) Inventor Koichi Chiba 1-6-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. Annex Building (56) References JP-A-1-132499 (JP, A) JP-A-1-132500 (JP, A) JP-A-1-145300 (JP, A) JP-A-63-201968 (JP, U)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】宇宙往還機内部に設けられた発熱源からの
熱を受けて循環するよう設けられた流体主ループと、該
流体主ループの途中に設けられ、水及び低沸点液並に両
者を混合した低沸点液水溶液のうちのいずれか1つを蒸
発させる低沸点液水溶液蒸発器と、水の量を調整する流
量調整弁を備えた水タンクと、低沸点液の量を調整する
流量調整弁を備えた低沸点液タンクと、低沸点液水溶液
蒸発器及び水タンク並びに低沸点液タンクの間に相互接
続され、水タンクからの水及び低沸点液タンクからの低
沸点液を直接又は混合しつつ低沸点液水溶液蒸発器へ送
給可能な管路とで構成したことを特徴とする宇宙往還機
の温度制御装置。
1. A fluid main loop provided to circulate by receiving heat from a heat source provided inside a spacecraft, and a fluid main loop provided in the middle of the fluid main loop, which includes water and a low boiling point liquid. , A low-boiling liquid aqueous solution evaporator for evaporating any one of the low-boiling liquid aqueous solutions, a water tank provided with a flow control valve for adjusting the amount of water, and a flow rate for adjusting the amount of the low boiling liquid A low-boiling liquid tank equipped with a regulating valve is interconnected between the low-boiling liquid aqueous solution evaporator and the water tank and the low-boiling liquid tank to directly or directly transfer water from the water tank and low-boiling liquid from the low-boiling liquid tank. A temperature control device for a spacecraft, wherein the temperature control device comprises a pipeline that can be fed to a low boiling liquid aqueous solution evaporator while being mixed.
【請求項2】少なくとも宇宙往還機の打ち上げ時に熱を
発生する発熱源の熱を受けて循環するよう設けられた低
沸点液ループと、該低沸点液ループの途中に設けられた
水タンクと、該水タンクに前記低沸点液ループ内の低沸
点液を混入させる流量調整弁と、宇宙往還機内部に設け
られた前記以外の各発熱源毎に設けられ、前記水タンク
からの水及び低沸点液並に両者を混合した低沸点液水溶
液のうちのいずれか1つを蒸発させる低沸点液水溶液蒸
発器とを備えたことを特徴とする宇宙往還機の温度制御
装置。
2. A low-boiling liquid loop provided to circulate by receiving heat from a heat source that generates heat at least when the spacecraft is launched, a water tank provided in the middle of the low-boiling liquid loop, A flow control valve for mixing the low-boiling liquid in the low-boiling liquid loop into the water tank, and a water-controlling valve provided for each of the other heat sources provided inside the spacecraft, A low-boiling liquid aqueous solution evaporator for evaporating any one of the low-boiling liquid aqueous solutions obtained by mixing the two in a liquid and a low-boiling liquid aqueous solution evaporator.
【請求項3】低沸点液水溶液から排出された水蒸気を回
収して水タンクへ戻す回収器を備えた請求項2記載の宇
宙往還機の温度制御装置。
3. The temperature control device for a spacecraft according to claim 2, further comprising a recovering device for recovering the steam discharged from the aqueous solution of the low boiling point liquid and returning it to the water tank.
【請求項4】液体を蒸発させ該液体の蒸発潜熱として宇
宙往還機内部からの排熱を行う場合に、上記液体として
水と低沸点液を混合した低沸点液水溶液を用いると共
に、宇宙往還機外部の気圧が高くなるに従い前記低沸点
液水溶液の濃度を高めて行くことを特徴とする宇宙往還
機の温度制御装置を用いた温度制御方法。
4. When the liquid is evaporated to discharge heat from inside the spacecraft as latent heat of vaporization of the liquid, an aqueous solution of a low-boiling liquid obtained by mixing water and a low-boiling liquid is used as the liquid. A temperature control method using a temperature control device of a space shuttle, wherein the concentration of the low-boiling liquid aqueous solution is increased as the external atmospheric pressure increases.
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