JPH01111409A - 微小重力空間用気液分離フィルタ - 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］ 宇宙空間にある赤外線観測衛星などにおいて、ある種の
センサを冷却する場合などに、液体ヘリウムや液体窒素
が使用されているが、重力が微小であるためにそれらの
気液の界面の位置が不定で、気液を分離することが困難
である。

本発明は、このような微小重力空間において用いる気液
分離フィルタに関するものである。

［従来の技術］ 宇宙空間にある赤外線観測衛星等においては、ある種の
センサを冷却するために、従来から、液体ヘリウムや液
体窒素等が使用されている。これらの液体は、センサを
冷却することにより蒸発して気体になったとき、それを
外の宇宙空間に捨てる必要があるが、宇宙空間では重力
が微小なため、これら液体と気体の界面の位置が不定で
、蒸発した気体のみを分離して外に捨てることは困難で
ある。

このような問題に対処するため、超流動ヘリウム（Ｈｅ
ＴＩ）については、その特殊な性質を利用したポーラス
φプラグという分離フィルタが開発され、実用に供され
ているが、水や液体窒素、液体ヘリウム等の一般の流体
の気液分離には、信頼性の高い、効率的に分離できるよ
うにしたフィルタは未だ開発されていない。例えば、遠
心力により液体を容器内の周辺部に集め、容器の中心か
ら気体を抜く場合には、容器を回転させるための機械的
な部分があるためその信頼性が著しく劣り、また多孔質
材料を用いる場合も、タンク内部の圧力が上がったり、
液体も流れ出てしまうため、液体保持の効率があまりよ
くなかった。そして、これが衛星の寿命を短くする一つ
の原因にもなっていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、簡単な手段によって、宇宙空間のよう
な微小重力空間で効率的に液体と気体を分離できるよう
にした気液分離フィルタを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の気液分離フィルタは
、気体の流出路に、その上流側への熱伝導を抑制した状
態に配設した多孔質材からなるフィルタエレメントの内
部にヒーターを設けることにより構成される。

［作　用］ 多孔質材からなるフィルタエレメントは、気体を自由に
通過させるため、上流側の気体は自由に通り抜けて排出
されるが、上記フィルタエレメント内にヒーターを設け
ているので、そこを通過する液体は、そこで加熱され、
蒸発して大きく膨張する。その結果、ヒーターの近辺で
局部的に圧力が若干上昇し、液体がその部分に流出する
のが抑制される。従って、気体のみが低圧側に排出され
、液体は排出されない。

このフィルタでは、Ｈｅ１Ｉのような特別の液体に限る
ことなく、通常の液体に適用して気液分離効率を高める
ことができる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を参照しながら詳述する。

第１図は本発明に係る微小重力空間用気液分離フィルタ
の構成を示し、第２図はその気液分離フィルタをタンク
に対して取付けた状態を示している。

第２図に示すタンクｌは、観測衛星等において機器を冷
却するための液体ヘリウムや液体窒素、その他の冷却用
液体２が充填されるもので、タンクｌ内面に多数のフィ
ン３を設けている。宇宙のような微小重力空間では、タ
ンクｌ内において気液の界面の位置が不定であるが、液
体２は表面張力等によりタンク内面側に寄る傾向がある
ため、蒸発した。気体だけをタンクｌ外に出すための気
液分離フィルタ４はタンクｌの中心に置き、そこから排
出管５を通して気体を宇宙空間に排出するようにしてい
る。

気液分離フィルタ４は、第１図に詳細に示すように、排
出管５の先端に取付ける金属製の収容筒１０内に、内部
に気体の流出路を形成した多孔質材からなるフィルタニ
レメン）１１を充填した合成樹脂等からなる筒体１２を
収容している。フィルタエレメントｌｌは、例えばアル
ミナ粉等からなり、筒体１２の両端に金網１３を張設す
ることによりそのアルミナ粉を保持させ、このフィルタ
エレメント１１の内部には、網状のヒーター１４を設け
ている。

フィルタエレメント１１は、上記アルミナ粉に限るもの
ではないが、流出路の上流側への熱伝導を抑制するため
、少なくともヒーターＩ４より流出路の上流側のフィル
タエレメント１１を断熱性の高い材料で形成することが
必要である。

上記構成を有する気液分離フィルタにおいては、多孔質
材からなるフィルタエレメント１１内に配置したヒータ
ー１４でそこを通過する液体を加熱すると、それが蒸発
することにより太きく膨張するので、ヒーター１４の近
辺で局部的に圧力が若干上昇することになり、そのため
上流側から液体がフィルタニレメン）１１を通して流出
するのが抑制される。

また、多孔質材からなるフィルタエレメント１１は、気
体を自由に通過させるため、上流側の気体は適当にフィ
ルタエレメントｌｌを通り抜けて排出される。

ヒーター１４から発生した熱がタンク１内の液体に直接
的に伝わることによりその液体が蒸発するのは好ましく
ないので、ヒーター１４より流出路の上流側のフィルタ
ニレメン）１１は熱伝導率の非常に小さい材おトで、フ
ィルタエレメントに適するものであることが必要である
。ヒーター１４よりド流側のフィルタエレメント１１は
、熱の伝播に関して考慮する必要がなく、フィルタエレ
メントとして適当な材お１を選択すればよい。

なお、この気液分離フィルタは、超流動ヘリウムのよう
な特殊な性質を有する特別の液体に限ることなく、通常
の液体に適用して気液分離効率を高めることができる。

第３図は、上記気液分離フィルタ４による流体として液
体窒素を用いた場合の実験の結果を示すもので、横軸に
圧力勾配をとり、縦軸に質量流量をとっている。

フィルタエレメント１１内を液体窒：＃が流れると、図
中の線ａ上またはその近辺にデータが並び、沸点におけ
る窒素蒸気が流れる場合は線す上またはその近辺に並ぶ
。実際に得られたデータは、熱量か小さいときには線す
に近いところにばらつくが、熱ム１を高くするとそれか
ら離れ、線Ｃに近づく。線Ｃは、１　ａｔｍ、　２７３
Ｋ　（０℃）の気体窒素が流れた場合の値である。

このような実験により、−上記気液分離フィルタでは、
ヒーター１４による加熱により気体だけが流れ、温度に
応じた流量と圧力勾配が生じていることがわかった。

［発明の効果］ 以−ヒに詳述したところから明らかなように、本発明に
よれば、簡単な構造の気液分離フィルタにより、宇宙の
ような微小重力空間で液体と気体を分離して、気体のみ
を排出することが可能となり、効率のよい気液分離によ
り、衛星の寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気液分離フィルタの実施例を示す
断面図、第２図は上記気液分離フィルタのタンクへの取
付は状態を示す断面図、第３図は実験の結果を示すグラ
フである。 ４　・φ気液分離フィルタ、 １１Φ・フィルタエレメント。 １４・・ヒーター。 指定代理人 Ｍ１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．微小重力空間において気液を分離して気体のみを流
   出させるためのフィルタであって、気体の流出路に配設
   する多孔質材からなるフィルタエレメントの内部にヒー
   ターを設けたことを特徴とする微小重力空間用気液分離
   フィルタ。