極低温領域で使用可能な小型軽量ループ・ヒートパイプ・システムの試作開発および研究

従来の科学衛星などの低温要求ミッションの多くでは、超流動ヘリウム等による寒剤冷却方式が用いられてきたが、最近では寒剤の質量/体積および保持期間に起因する観測上の制約を克服するため、寒剤冷却に依らない放射冷却構造と機械式冷凍機システムの効果的な組み合わせによる冷却方式に移行しようとしている。このような中、冷凍機コンプレッサ自身からの発熱や振動などのセンサに対する影響も考慮しなければならないという新しい問題にも直面している。これらを解決するために、冷凍機とセンサ、もしくは、冷凍機コンプレッサとラジエータを高効率で結ぶ伝熱素子が望まれてきている。そのような要求を満たすものとして、実績のあるヒートパイプが挙げられるが、現在の複雑化した衛星内部の配置制約に対しては、可撓性や輸送距離の面で役不足である。それに対して、LHPは、ヒートパイプ同様に熱伝達の効率が非常に優れており、可撓性はもちろん、長距離輸送能力も優れているため、低温ミッション(80K〜190K)における排熱システムとして非常に期待されている。また、民生技術として地上転用を考慮した場合でも、高温超電導電子デバイスと冷凍機との間の伝熱素子として考えることが可能である。これは、社会の高度化に伴い超電導応用技術が重要な位置を占める場合に高信頼性伝熱素子として必須の技術になると考える。そこで、本研究では、極低温領域で使用可能な小型LHPの試作を行い、まず予備動作特性試験を実施した。現段階では、LHPシステムの設計検証のため、常温にて試験を実施したが、今後は、さらに実験を重ね、低温への適用化へ向けて改良を実施していく。

従来の科学衛星などの低温要求ミッションの多くでは、超流動ヘリウム等による寒剤冷却方式が用いられてきたが、最近では寒剤の質量/体積および保持期間に起因する観測上の制約を克服するため、寒剤冷却に依らない放射冷却構造と機械式冷凍機システムの効果的な組み合わせによる冷却方式に移行しようとしている。このような中、冷凍機コンプレッサ自身からの発熱や振動などのセンサに対する影響も考慮しなければならないという新しい問題にも直面している。これらを解決するために、冷凍機とセンサ、もしくは、冷凍機コンプレッサとラジエータを高効率で結ぶ伝熱素子が望まれてきている。そのような要求を満たすものとして、実績のあるヒートパイプが挙げられるが、現在の複雑化した衛星内部の配置制約に対しては、可撓性や輸送距離の面で役不足である。それに対して、LHPは、ヒートパイプ同様に熱伝達の効率が非常に優れており、可撓性はもちろん、長距離輸送能力も優れているため、低温ミッション(80K〜190K)における排熱システムとして非常に期待されている。また、民生技術として地上転用を考慮した場合でも、高温超電導電子デバイスと冷凍機との間の伝熱素子として考えることが可能である。これは、社会の高度化に伴い超電導応用技術が重要な位置を占める場合に高信頼性伝熱素子として必須の技術になると考える。そこで、本研究では、極低温領域で使用可能な小型LHPの試作を行い、まず予備動作特性試験を実施した。現段階では、LHPシステムの設計検証のため、常温にて試験を実施したが、今後は、さらに実験を重ね、低温への適用化へ向けて改良を実施していく。