JPH06211200A - 宇宙用液体容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小重力のもとで気液界面を維持させて液体
を保管し出し入れできる宇宙用液体容器を提供する。 【構成】 容器本体１の内部に上下方向に伸びる板２を
或る一定の値以下の間隔で横に並べて配設している。こ
の板２は容器本体１内に入れられる液体に対し濡れ性の
悪い材質で形成され、表面張力に比べ重力の影響が無視
できる状態で表面張力と濡れ性によって気液界面が安定
に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微小重力環境で液体を保
管する容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小重力環境下において、液体を保管す
る場合、従来は気液が混在して混じり合う問題を回避す
るため、容器を液体で充満させて、密閉した状態で保管
している。また、容器内より液体を出し入れする場合も
図４に示すように容器本体１１内の液体３の量に応じて
ピストン８を出し入れすることにより容器本体１１の容
積を変える型式の容器、及び図５に示すようにベローズ
９を伸縮させて容器本体１１の容積を変える型式の容器
とすることによって容器本体１１内に液体を充満させた
状態を保つようにしていた。

【０００３】このように、従来の宇宙用液体容器は可動
部分を有し構造と操作が複雑であり、地上と同様の感覚
で液体を容器から出し入れするというわけにはいかなか
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微小重力下
の宇宙で液体を保管するとともに、地上と同様の操作感
覚で液体を出し入れすることができる宇宙用液体容器を
提供することを課題としている。また、本発明は、簡単
な構造でありながら容器から出し入れした液体量に相当
する気体を容器内部に出し入れしても気液界面が安定な
状態を保つ宇宙用液体容器を提供することも課題として
いる。

【０００５】更にまた、本発明は、容器内の液体量が少
ない状態でも微小重力状態で気液界面を維持できる宇宙
用液体容器を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による宇宙用液体
容器は前記した課題を解決するため容器内部に上下方向
に伸びる複数枚の板を横に並べて配設した構成を採用す
る。

【０００７】また本発明による宇宙用容器では、上記し
た構成に加え、底部を傾斜させて横断面積を下方に向け
て減少させた構成を採用する。

【０００８】この場合、容器内部に上下方向に伸びる複
数枚の板と板の間の間隔及び板の材質は、その板に対す
る容器内液体の濡れ性と微小重力及び表面張力を考慮し
て決める。微小重力下で液体を容器に入れる場合、液体
の運動及び気液界面の安定性に関しては、重力に代わっ
て表面張力が支配因子となり、壁面付近の気液界面の安
定性には濡れ性も関与する。すなわち、向かい合った容
器の壁の間隔が広いと、液面に対する表面張力の影響が
弱くなり、微小な重力変動で気液界面が波打ち不安定と
なる。

【０００９】しかし、壁の間隔を表面張力に対応した適
当な広さ以下にすれば、気液界面を安定に維持すること
ができる。このことは、地上において内径２〜５mmのガ
ラス管に水を入れ静かにひっくり返しても水がこぼれな
い現象から容易に推察できる。

【００１０】本発明では表面張力及び濡れ性により気液
界面の安定化を図るため容器内部に液体の濡れ性と微小
重力環境及び表面張力を考慮して、或る一定の値以下の
間隔で板を横に並べることにより、毛細管力を利用して
気液界面を維持させ液体を保管するとともに、地上と同
じような感覚で液体を容器より出し入れすることを可能
とするのである。

【００１１】

【作用】液体と気体の体系の運動を示す無次元パラメー
タにボンド数がある。これは表面張力と重力の関係を示
すもので次式で表される。

【００１２】

【数１】

【００１３】ボンド数Ｂ_O ＜１の時、重量の影響が小さ
くなり毛細管力の影響が支配的となることを示す。液体
を入れた互いに平行な壁面を持つ容器で壁面間隔を狭く
すると表面張力が支配し、壁面間隔を広げると重力が支
配してくる。これはボンド数の影響としてとらえること
ができる。

【００１４】また、濡れ性に関して、管径が小さいと重
力の変動による液面の変動が抑制されてくる傾向が見ら
れる。重力が減少すると液が管に沿って上昇する現象が
知られており、液の到達高さは、濡れ性を示す接触角θ
を用いて、次式で表される。

【００１５】

【数２】

【００１６】すなわち、接触角θを９０度とすると、重
力加速度の変化に対しては液は全く上昇せず、安定する
ことが示されている。

【００１７】これらのことから、容器内部を適切な間隔
で仕切り、仕切板として液体との濡れ性の悪い材質のも
のを使用すれば、表面張力と濡れ性により液面を安定化
させる効果がある。

【００１８】本発明による宇宙用液体容器では容器内部
に上下方向に伸びる複数枚の板を横に並べて配設してお
り、この板の材質及び板と板の間隔を前記した観点から
適宜選択することによって容器内には微小重力状態の宇
宙でも液体の気液界面を安定して維持させる。

【００１９】

【実施例】航空機を用いた微小重力実験（９．８×１０
^-2m/s²）において４０mm角のアクリル製容器に、アクリ
ルに対する接触角が８５度の純水を入れて気液界面の挙
動を観察した結果、重力変化に伴う気液界面形状の変化
はなかった。これは、接触角を約９０度にコントロール
することによって、微小重力下でも気液界面の大変形が
抑止できること、及び実験的に（２）式が適用可能であ
ることを実証できたことになる。

【００２０】この式から、現在宇宙ステーションにおい
て予想される重力加速度９．８×１０^-4m/s²）レベルの
微小重力環境下においても、接触角をコントロールすれ
ば、幅４０mm以下の気液界面は維持できると言える。ま
た、重力加速度９．８×１０^-4m/s²）において（１）式
よりボンド数を算出すると約０．０２となり、表面張力
に比べて重力が無視できるほど小さく、気液界面の安定
性は表面張力に支配されることを示唆している。したが
って、濡れ性の悪い材質でできた壁面となる容器内部の
板の間隔を４０mm以内とすることで、表面張力と濡れ性
により気液界面が安定化される。

【００２１】図１は本発明による最も基本的な容器を示
している。容器本体１の内部に板２を或る一定の値（４
０mm）以下の間隔で設置しているので、微小重力である
宇宙でも液体３の気液界面が維持できる。

【００２２】図２に示す容器では、図１に示す容器本体
１が水平な底部をもつのに対し、その底部４に傾きをつ
け容器の横断面積を下方に向けて減少させているので液
量が少ない状態でも微小重力である宇宙で気液界面を維
持できる。

【００２３】また、図３では、図２に示した容器１の底
部先端５に弁６を取り付け、底部の反対側に空気抜き口
７を取り付けている。弁６を介して液体３を吸引・注入
すれば容器内部の液体３を気液界面を維持した状態で出
し入れできる。また、弁６を開けて空気抜き口７から気
体を送入・排出しても容器１内部の液体３を気液界面を
維持した状態で出し入れすることができる。

【００２４】以上、本発明による宇宙用液体容器を図示
した実施例を基にして具体的に説明したが、本発明がこ
れら実施例に限定されず、特許請求の範囲に示す本発明
の範囲内で種々変形を加えてよいことはいうまでもな
い。

【００２５】

【発明の効果】以上具体的に説明したように、本発明に
よる宇宙用液体容器では容器内部に上下方向に伸びる複
数枚の板を横に並べて配設したという比較的単純な構造
で液体を微小重力である宇宙で保管することが容易にな
った。さらに、可動機構などを用いずに気液界面を利用
した容器なので、地上と同様の感覚で操作することで可
能である。

【００２６】また、本発明による宇宙用液体容器におい
て前記した構成に加え底部を傾斜させて横断面積を下方
に向けて減少させた構成を採用したものでは容器内の液
体量が少ない状態でも微小重力状態で容器内に気液界面
を維持可能な宇宙用液体容器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る宇宙用液体容器の縦
断面図。

【図２】本発明の第２実施例に係る容器の縦断面図。

【図３】本発明の第３実施例に係る容器の縦断面図。

【図４】従来のピストン式容器の断面図で（ａ）は液体
を注入した状態、（ｂ）は液体を排出した状態での断面
図である。

【図５】従来のベローズ式容器の断面図で（ａ）は液体
を排出した状態、（ｂ）は液体を注入した状態での断面
図である。

【符号の説明】

１ 容器本体 ２ 板 ３ 液体 ４ 容器底部 ５ 容器底部先端 ６ 弁 ７ 空気抜き口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内部に上下方向に伸びる複数枚の板
   を横に並べて配設したことを特徴とする宇宙用液体容器
2. 【請求項２】 底部を傾斜させて横断面積を下方に向け
   て減少させたことを特徴とする請求項１記載の宇宙用液
   体容器。