結論

本章の研究の結論を以下にまとめる．

1. ザーバの温度を一定に制御する とによ て，OHP加熱部への熱入力を増大させても加 熱部の温度を一定に保つ と る．

2. ザーバ無しOHP 固定コン クタンスとして， ザーバ付 OHP 可変コン クタン スとして振舞う．た し ザーバ無しOHP も低熱負荷条件 可変コン クタンスと る．

3. 記2つの性質 ザーバ内の気液分分布状態によ い．

4. OHP内部 加熱部か 冷却部に向か て流 る蒸気の温度を飽和温度とする飽和状態と

ている．

5. ザーバ付 OHP OHP内圧 ザーバの蒸気圧に等しく る．

6. ザーバ付 OHPの加熱部温度 ザーバ蒸気温度の約5 [℃]以内に制御さ る．

7. ザーバか OHP に重力の効果 液 供給さ いよう 方向に ザーバを設置すると，

OHP の加熱部温度 ザーバ液温度よ も低く た． ，本節 の実験 継手やバル 等金属部分 断熱さ てお ザーバと比 て低温のため， ザーバか OHPへ流 る蒸 気 継手やバル 等金属部分 凝縮するためと考え た．継手やバル 等金属部分 断熱さ てお ，OHPの加熱部温度 ザーバ液温度によ 近 くと考え る．

92

8. ザーバ一定温度の条件下 冷却部に熱入力 あ ても加熱部温度 一定の温度に維持 さ る．

9. ザーバによ OHP 内の液体積 調整さ る． ザーバ一定温度 低熱入力条件時 OHP内の液体積 大 く，熱入力の増加に従い液体積 減少する．低熱入力時のOHPの熱輸送

顕熱輸送 支配的 あ 高熱入力条件 潜熱輸送 支配的に ると考え る．

10. 同 熱輸送量時 あ ても ザーバ温度によ てそのと の OHP 内の液体積割合 異

， ザーバ温度 高く るほ 液体積割合 大 く る． ザーバ温度によ 飽和液密度 変 化するため あると考え る．

11. ザーバ付 OHPの内部 ザーバ温度に近い温度を飽和温度とする飽和蒸気圧に等し く るため，加熱部温度 ザーバ温度付近を超えるま OHP 起動し い．OHP加熱部の 温度 ザーバの温度を超えた時点 加熱部液スラグ内 沸騰 始ま 気液の動 生 OHP

起動する．

12. FC-OHPと 異 ザーバ付 OHP ザーバによ OHP内部の液体積 調整さ る

ため冷却部温度 加熱部温度にほぼ等しく た時点 動作限界に至る． の時のOHP内部の 液体積 その ザーバ温度における VC-OHP 動作時の最小液体積と ている．た し作動流 体の封入量や ザーバの内容積 十分大 く い場合 FC-OHP と同 原理 動作限界に至る と考え る．

93

Table 3-1 SUS OHP( ザーバあ 及び し)の実験条件

Reservoir orientation No reservoir Vertical Horizontal Vertically inverted heat input [W] 10, 20, 30, 40, 50,

60, 70

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, 70 Reservoir

temperature [℃] N/A Coolatnt temperature

[℃] 10

40

Reservoir orientation ザーバの有無と ザーバあ の場合の設置方向を示す．No reservoir

ザーバ無しOHPの実験条件を示す．Vertical ,Horizontal, Vertically inverted ザーバをそ 鉛直下向 方向，水平方向，鉛直 向 方向に設置したOHPの実験条件を示す． Reservoir

temperature ザーバの制御温度を示す． Heat input 加熱部ヒータの発熱量を示す．Coolant

temperature ，冷却 ロックを流 る冷媒の温度 低温恒温水槽 の制御温度 を示す．

Table 3-2 ガラス ザーバ付 ガラスOHP (3.2節)の実験条件

Test -F1 Test -F2

Reservoir direction vertical, vertically inverted vertically inverted

Heat input to reservoir [W] 2.7 2.8

Heat input to joint and valve [W] N/A 0, 2.4

Heat input to heating section [W] 9.1 12.9, 8.2, 4.6

Reservoir direction ザーバの設置方向を指し，vertical 鉛直下向 ，vertically inverted 鉛直 向 方向に設置した状態を指す． Heat input to reservoir ザーバヒータ，Heat input to joint

and valve ザーバに接続さ る継手 バル 部分のヒータ，Heat input to heating section 加熱

部ヒータの発熱量を示す．

Table 3-3 double OHPの実験条件

Test -D1 Test -D2 Test -D3 heat input [W] 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 30 30 Reservoir temperature [℃] 40 20, 40, 60 25，45

Shroud temperature [℃] < -173 -173 ~ -20

Reservoir temperature ザーバの制御温度を示す．Shroud temperature 内惑星熱真空環境 ミ

ュ ーターの ュラウド面温度を示す．Heat input 加熱部ヒータの発熱量を示す．

Table 3-4 ガラス ザーバ付 SUS OHPの実験条件

Test -G1 Test -G2 Test -G3

heat input [W] 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 60

20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 80

20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100

Reservoir temperature [℃] 30 40 50

Coolatnt temperature [℃] 10

Reservoir temperature ザーバの制御温度を示す． Heat input 加熱部ヒータの発熱量を示す．

Coolant temperature ，冷却 ロックを流 る冷媒の温度 低温恒温水槽 の制御温度 を示す．

94

Table 3-5 熱輸送量の計算条件

Parameter [unit] Value

T

R: 30 [℃]

T

_R: 40 [℃]

T

_R: 50 [℃]

c

p [J/kg/K] 1446 1498 1566

D

[m] 8.0×10^-4

L

C [m] 0.1

L

H [m] 0.1

L

A [m] 0.138

k

l [W/m/K] 0.07899 0.07471 0.07042

P

v [Pa] 7.702×10⁵ 1.017×10⁶ 1.318×10⁶

P

cr [Pa] 4.059×10⁶

ρ

l ^{[kg/m3] 1187 1147 1102}

ρ

v ^{[kg/m3] 37.54 50.09 66.27}

T

W [℃] 10

µ

l ^{[Pa s] 158.8 163.4 143.1}

u

l ^{[m/s] 0.035 0.035} 0.02, 0.035, 0.05

Table 3-6 ガラス ザーバ付 ガラスOHP (3.6節)の実験条件

Test -H1 Test -H2

Heat input [W] 8.2 6.6, 8.2, 4.6

Reservoir direction vertical vertically inverted Reservoir temperature [℃] 35

vertical ,vertically inverted ザーバをそ 鉛直下向 方向，鉛直 向 方向に設置した

OHPの実験条件を示す． Reservoir temperature ザーバの制御温度を示す． Heat input 加熱 部ヒータの発熱量を示す．

95

Table 3-7 3章実験内容一覧

節番号 3.4 3.6

試験ケー 名

no reservoir, vertical, horizontal,

vertically inverted

Test-F1,

Test-F2 Test-D1 Test-D2 Test-D3 Test-G1 ~ Test-G3

Test-H1, Test-H2

試験 目的

ーバ付きOHP ーバ無OHP 比較， ーバ設 置方向 影響，

ーバ OHP 圧 力比較

ーバ設置 方向 る OHP加熱部温 度 違い 解

明

熱真空環境 ー バ温度制御 機能 確認

熱真空環境 ーバ温 度制御機能 確認， ーバ

制御温度変更 影響調査

熱真空環境 ーバ温 度制御機能 確認， 冷却部温

度条件変更 影響調査

ーバ 液量 調整機能 評 価， ーバ温度

変更 影響調査

ーバ付き OHP 起動

ーバ 液量 調整 ニ

調査 可視 化実験

OHP SUS OHP OHP double OHP double OHP double OHP SUS OHP OHP

ーバ

ーバ無，SUS ーバ

製 ー バ

製 ーバ

製 ー バ ーバ設

置方向

鉛直 向き， 水 平， 鉛直 向き

鉛直 向き，

鉛直 向き

鉛直 向き

鉛直 向き，

鉛直 向き

試験環境 大気中 大気中 大気中 大気中

冷却部 冷 却方法 冷 却部温度条

件

冷却ブロッ ク取付 け， ブロッ ク内 冷

媒温度10℃

自然対流 る冷却

-173℃ ュ ウド 輻射

熱結合

-173℃ ュ ウド 輻射熱結

合

-173℃か -20℃ 変化 る ュ ウド 輻射

熱結合

冷却ブロッ ク取付 け， ブロッ ク内

冷媒温度10℃

自然対流 る冷却 ーバ制

御温度

40℃

温度制御 し， 一定電力

40℃ 20℃, 40℃, 60℃ 25℃，45℃ 30℃，40℃，50℃ 35℃

熱入力条件

10Wか 70W 10W つ増加， 鉛

直 向きケー さ 70Wか

10W た後

70W 増加

9.1W 一定 (Test-F1) 12.9W, 8.2W,

4.6W (Test-F2). ーバ

継手部分 2.4W熱入力

20Wか 90W 10W つ増加

30W 一定 30W 一定

20Wか ド イア ウ る 10W つ増加． ド イ ア ウ し い場合

最大100W 増加

鉛直 向き ーバ 8.2W

一定発熱，

鉛直 向き 6.6W, 8.2W, 4.6W 順 変

化 ド イア ウ

ケー

し し し し し し し

温度測定

ーバ，OHP加 熱部， 冷却部， 断

熱部

ーバ，OHP 加熱部， 冷却 部， ーバ

ーバ，OHP加 熱部， 冷却部

ーバ，OHP 加熱部， 冷却

部

圧力測定 ーバ OHP し し し し し し

液量測定 し し し し し

ーバ液量測 定 ーバ目

盛

目視 ビ る撮 影 ーバ有

無 比較

○ × × × × × ×

ーバ設 置方向 影

響

○ ○ × × × × ○

ーバ 加熱部

温度 比 較

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

熱入力条件 各部 温 度 比較

○ × ○ × × ○ ○

ーバ制 御温度 違 い 比較

× × × ○ × ○ ×

熱コン クタ ン 計算

○ × ○ × × × ×

冷却部温度 変化 影響

× × × × ○ × ×

動作限界現 象 確認

× × × × × ○( ーバ温度

30℃，40℃ ) ×

圧力 温度 関係

○ × × × × × ×

熱真空環境 動作 考察

× × ○ ○ ○ × ×

OHP内液量 考察

× × × × × ○ ○

ーバ，OHP加熱部， 冷却部， 断熱部 試験

条件

考察 内容

SUS ーバ

鉛直 向き 熱真空中

3.3 3.2

96

Fig.3-1 実験装置概観

図 装置全体を か 見た図，下図 装置全体を横か 見た図．

下図 ザーバを鉛直下向 方向に設置した場合の図を示す． 図の

T

H ^{加熱部アルミニウム}

板 面中央の熱電対，

T

C ^{冷却部アルミニウム板 面端部の熱電対，}

T

_R ^{ザーバ表面}(SUS 製タンク)中央，

1

T

A ^と

T

_A2 ^断熱部のSUS管表面の熱電対を指す．

1

T

A ^{作動流体 冷却部か}

加熱部の方向に流 る管に，

2

T

A ^{作動流体 加熱部か 冷却部の方向に流 る管に取 付け}

ている．

T

E ザーバ温度制御点の熱電対を示す． ザーバの液に相当する部分を温度制御点 とするため， ザーバを鉛直下向 方向に設置した場合と水平方向に設置した場合に ザーバ 表面下部の熱電対を

T

E^{とし， ザーバを鉛直下向 方向に設置した場合 ザーバ表面 部の}

熱電対を

T

E^とした．

97

(a) 実験装置全体外観 (b) ザーバ部分の外観

Fig.3-2 実験装置全体及び ザーバ部分の外観

Fig.3-3 OHPの外観 断熱材を剥 した状態を示す．

98

(a) ザーバ設置方向：鉛直下向

(b) ザーバ設置方向：水平

(c) ザーバ設置方向：鉛直 向

Fig.3-4 ザーバの設置方向

(a) ザーバとOHPの間をつ テフロンチュー の ザーバ側接続口 鉛直下向 に る方 向，(b) (a)の ザーバを90度回転し， ザーバの長手方向 水平に る方向，(c) (b)をさ

に90度回転し，テフロンチュー の ザーバ側接続口 鉛直 向 に る方向を示す．

99 (a) 外観

(b) 内部 流路加工部分

Fig.3-5 冷却 ロック

(a) 冷却 ロックの外観，(b) 冷却 ロックの内部 流路加工部分 を示す．

100

Fig.3-6 ザーバへの作動流体の封入

Fig.3-7 ザーバか OHPへの作動流体の封入

OHPと ザーバの位置関係 Fig.3-3(a)に示す状態 封入を行う．

101

Fig.3-8 ザーバ無しのOHPの実験結果

図中にT_H，T_A1, T_A2, T_C 示す ータ ，そ Fig.3-1に

T

H^,

T

_A1^,

T

_A2^,

T

_C ^示す熱

電対 の測定結果(温度) ある．P_OHP OHP内圧を示す．OHPの内圧を測定した圧力セン ー 圧力計 あ ，圧力値の算出に 大気圧として標準気圧101325 [Pa]を使用している．

ータ 全て1分間隔 間引いた値 ある．heat input ，加熱部のヒータの発熱量か ヒー ークを差し引いた，正味のOHPの熱輸送量を示す．以降の ザーバ有 のOHPの実験結果，

Fig.3-10～3-12のグラフ も同様 ある．

102

Fig.3-9 OHP内圧の測定結果と加熱部，断熱部の温度か 求め る飽和蒸気圧

P_OHP 各熱入力条件時熱平衡状態におけるOHP内圧測定結果の時間平均値を示す．

P_sat(T_H)，P_sat(T_A1), P_sat(T_A2) ，各熱入力条件時熱平衡状態における温度を飽和温度と

したと の飽和蒸気圧を示す．そ ，Fig.3-1の

T

H,

T

_A1,

T

_A2の各熱入力条件時熱平衡状態 における時間平均値を式(3-1)に代入して求めた飽和蒸気圧値を示している．P_OHPのエラーバ

ー 圧力変換器の測定誤差と時間平均の標準偏差の合計を示す．P_sat(T_H)，P_sat(T_A1),

P_sat(T_A2)のエラーバー 熱電対の測定誤差， ータロガーの測定誤差，時間平均の標準偏差

の合計 求め る温度測定の誤差を圧力の誤差に換算している．

103

Fig.3-10 鉛直下向 方向の ザーバあ OHPの実験結果

ザーバを鉛直下向 方向に設置した(Fig.3-3(a)の状態)OHPの実験結果を示す．図中にT_R 示す ザーバの温度 Fig. 3-1中の

T

R ^{示す熱電対によ て計測さ たもの ある．} OHP同様，

ザーバの内圧を測定した圧力セン ー 圧力計 あ ，圧力値の算出に 大気圧として標

準気圧101325 [Pa]を使用している．以下のFig.3-11, 3-12のグラフ も同様 ある．

Fig.3-11 水平方向の ザーバあ OHPの実験結果

ザーバを水平方向に設置した(Fig.3-3(b)の状態)OHPの実験結果を示す．

104

Fig.3-12 鉛直 向 方向の ザーバあ OHPの実験結果

ザーバを鉛直 向 方向に設置した(Fig.3-3(c)の状態)OHPの実験結果を示す．

105

Fig.3-13 鉛直下向 方向の ザーバあ OHPの圧力測定結果と飽和蒸気圧

P_OHP, P_R 各熱入力条件時熱平衡状態におけるそ OHP内圧と ザーバ内圧の測定結

果の時間平均値を示す．P_sat(T_H)，P_sat(T_A1), P_sat(T_A2) ，各熱入力条件時熱平衡状態に おける温度を飽和温度としたと の飽和蒸気圧を示す．そ ，Fig.3-1の

T

H,

T

_A1,

T

_A2^の各

熱入力条件時熱平衡状態における時間平均値を式(3-1)に代入して求めた飽和蒸気圧値を示して

いる．P_OHPのエラーバー 圧力変換器の測定誤差と時間平均の標準偏差の合計を示す．

P_sat(T_H)，P_sat(T_A1), P_sat(T_A2)のエラーバー 熱電対の測定誤差， ータロガーの測定誤

差，時間平均の標準偏差の合計 求め る温度測定の誤差を圧力の誤差に換算している．以降

のFig.3-14, 3-15 も同様 ある．

ドキュメント内 本文 Thesis 総合研究大学院大学学術情報リポジトリ A1820本文 (ページ 98-139)