2018年の観測システム概要

　■C14と星型TEC冷却エンジン

　C14背面は断熱材を貼って冷却・保温性能を高めている。

　TECの採用によりSpotCooler及び内部還流ファン、

　排気ファンを使う必要はなくなった。

　もちろんトライアルの寝袋巻きも不要（笑）

　→筒内気流の抑制まとめ（木星会議2017）

　→C14 TEC実装方法総括

　TEC（7.2V 2.7A TEC12708 X3)+

　放熱器（CPUCooler　Fan+HeatPipe+Fin)

　で約80W程度の電力だろうか。

　リアセルの冷却により、ゆっくりと間接的に

　放射冷却して光学系の歪み、全体の熱平衡が

　崩れないようにしている。

　

　■Optical Train

　Atmospheric Dispersion Corrector & Optical Train

　から基本構成は変わっていない。

　・拡大系

　Astro-Physics 2" Advanced Convertible Barlow

　のBarlow部分のみ。

　・ADC（Atomospheric Dispersion Corrector）

　機械的な構造を改良した。

　Pierro Astro の製品を加工して

　１Dialの回転角でプリズムの開角を設定できるようにし、

　赤道儀駆動で変わる水平軸のみを光学系全体を

　固定したまま調整可能とした。

　昨年暮れに開発して大いに観測効率が上がった。

　現在はPierroAstroのMK3という新製品がほぼ同じ機能を

　備えている。

　・FilterWheel

　ORION Nautilus Motorized Fileter Wheel 7X1.25"

　BaaderPlanetariumのFilter L,R,G,B,IR685

　IDAS　Methane

   で6枚実装している。

　・Camera

　ZWO ASI290MM

　以上でF24の光学系を構成している。

　IMX290のPixelサイズが2.9μｍなので

　概略2.9X5＝14.5が理論的には適正といわれるが

　理論値を超えた高解像度への欲望は捨てきれず

　現在の構成に落ち着いている。

　

焦点内外像+焦点像＋筒内気流

　焦点内外像+焦点像（焦点像の下段は明度強調）

　C14 AstroPhysicsBarlow 2X　Baader G filter

　Aldebaran　ASI290MM 60sec Registax

　これらの像のもととなるCaptureAVIの一部は以下の通り。

焦点内像


焦点外像


焦点像

ほぼ同じ時間帯で大きく外した焦点外像は以下の通り。


直後に撮像したClaviusのCaptureの一部。

筒内気流の抑制まとめ（木星会議2017発表スライド）

遅くなりましたが9月9日から10日に行われた

木星会議で発表した内容をUpします。

「筒内気流の抑制」－ActiveCoolingの適用

と題して昨年よりの試行錯誤を経た

冷却手法をまとめました。

まずは日本ではあまり評判の良くないSCTの
応援です。筒内気流をケアすればSCTは
素晴らしいシステムだと言いたかった。

どれも有効な手法だ。それぞれ得失がある。

内部ファンは閉鎖鏡筒のメリットを活かす

有効な手法で2011年〜昨年秋までの撮像に

活用してきた。最も簡易な筒内気流改善策。

今回は3番目を新たな手法として提案した。

SCTの閉鎖鏡筒を活かして外部環境に

影響されない温度環境を作る。

断熱材は内張りでも外貼りでも構わない。

　　　　　　　　↓

そのうえで主鏡の冷却にとりかかる。

主鏡を環境温度より下げるのがポイントである。

時間をある程度かけてゆっくりと冷やすこと

で熱歪みを避ける。焦ってはいけない。

鏡材の小さな熱伝導率が時間短縮を妨げる。

　

直観的で適用しやすい手法である。

スポットクーラーの冷却能力は大きいので

使い方には工夫がいる。できれば温度センサを

配置して温度変化をモニタリングして適切な

冷却ON/OFFタイミングを経験的に把握する

必要がある。

TECはコントロールが可能で冷却方法の最適解を

見つけやすい。見えない温度変化を視覚化できる

センサは必須でリアルタイムのグラフ化が

望ましい。

　CPを着脱して鏡筒内にアクセスすることを許す場合は
　鏡筒断熱と内部ファンが最初に着手すべき選択肢に
　なると思われる。
　TECによるCoolingは内部に手を入れる必要は
　ない方法だが電子機器の扱いに慣れていないと
　敷居は高いかもしれない。しかし得られる効果は
　大きいのでぜひトライアルして頂きたい。


　ご意見、ご質問があれば是非ここにコメントなり
　E-mailをお願いいたします。

20170804木星観測時の温度変化グラフ

   本日の木星観測時の温度変化を参考までに示す。
　18:40 Dome Open,TEC ON, 鏡筒排気ファンON
　　　　主鏡温度は順調に下がる。
　19:03 排気ファンOFF、撮像機器装着
　　　　主鏡温度は上昇する。
　　　　ガラス表面の冷却が内部には及んでいないため
　19:10 内部ファンON
　　　　筒内気流を拡散させる。
　　　　まずMethaneを撮像開始２min。
　　　　LRGBIRの１min毎の撮像。
             次のセットのL画像のみで雲が出て終了。
　19:27 TEC OFF、内部ファンOFF、Dome Close
　
    観測中はほぼ＋１度の温度差があった。
　この状態で内部ファンを使わないと筒内気流の
　悪影響を免れない。

　このレポートではTECの準備が間に合わない場合の
　緊急処置を記した。
　TECを用いない場合でも
　排気ファン＋内部ファンだけである程度の筒内気流対策に
　なっているとも言える。


　　

TEC近況ーー高温環境時の冷却

　７月３日~４日にかけての温度変化グラフ。

　観測不適で撮像はできなかったが

　かなりの高温環境からTECを稼働して

　主鏡温度が良好に低下していることが

　確認できる。

　19：20　TEC　ON

　21：12　TEC　OFF

　本年4月に一応の完成を見た

　CPUCooler＋TECの実装

　以降常に観測前にTECを稼働している。

　鏡筒内部の夏の猛暑でもTECのみで

　他の方法を援用する必要もなく

　筒内気流問題は解決していると思われる。

20170410木星観測時の温度変化

　アップした木星画像の準備は雲間であったので

　事前の冷却をしていなかった。

　22:47　TEC ON

   24:49   TEC OFF

   の温度変化グラフである。

　約1℃差の主鏡温度が22分で差がなくなった。

観測前の冷却タイミングや
　途中で冷却をとめて良いタイミングを予測する
　ことができそうだ。
　環境温度‐主鏡温度　5℃差　24：50
　おおよそ4時間は冷却を止めても観測可能な状態である。
　

TEC稼働の1日データ（20170405‐06）

　昨日よりTECを今夜まで連続運転してみた。
　リアセル温度は環境温度より平均5.5℃程度低い。
　主鏡温度は30分から1時間程度の遅れで
　リアセル温度変化に追随している。

C14 TEC 実装方法総括（４）--断熱シート

■断熱フォームの選択

独立気泡の糊付き発泡シートに

東レのペフという建築用の断熱材を

手に入れた。

サンペルカのタイル貼りを以前は推奨したが

どうも仕上がりが満足できなかった。

すこし光沢がありコシの強い3mm厚の

断熱シートで曲面に追随しやすく

施工性は良かった。

C14 TEC 実装方法総括（３）--熱伝導の改善

■熱伝導の改善
熱伝導性の接着剤で一応の結論としていたが
どうも熱伝導性が悪いようだ。
問題は実装方法で密着性が悪く空気層のある
非接着面が大きかったことにある。
何度か接着したTECを剥がしてみて
発見した。

秋月電子で適当な粘度のある
シリコングリスを選択した。
グリスによっては粘度が高すぎても低すぎても
平面性のないリアセルにはなじまないので
注意が必要である。

ＨＹ－７５０（３ｇ）


これをC14面及びCPU Cooler面に塗布して
CPU Coolerをネジ止めして密着させた。

環境温度より2-3℃しか下がらなかった
リアセル温度が5-6℃に降下し大きな効果が見られた。

C14 TEC 実装方法総括（２）--CPU Cooler固定

■CPU Coolerの固定方法

「なにごともなかったように」原状復帰できる。

というコンセプトで始めたわけだが、接着を

許すことにした。

充分な強度があって作業性がよい接着剤を

見つけるのに、かなりの試行錯誤を経た。

たまたま手元にあった額縁用の飾りネジを

スタッドボルトとしてC14に接着した。

接着面積を広くとれればなんでも良い。

CPU Coolerの取付金具に真鍮のフラットバーを

加工して適当な接地距離をとる。

これはC14のリアセルが曲面のため必要だった。

CPU Cooler金具とフラットバーを止めるボルト・ナットは

実際はプラネジ（ポリカーボ）を用いて

C14側のクールサイドとTECのホットサイドを断熱している。

予め断熱フォームを切り抜いたものを

TECの置き位置のテンプレートとして貼る。

CPU Coolerを乗せて飾りネジのナットを回して

固定。ガッチリとして安心感がある。

ステンワイヤでの固定方法は私としては

思いついたアイデアに惚れてこだわった（笑）

キライもあり、ようやくこれで合理的な落とし所に

辿りついた感じである。

C14 TEC 実装方法総括（１）

TECの実装は試行錯誤の連続で
なかなか納得の行く結果にたどり着かなかった。
ようやく実装方法の最終形にめどが立ったので報告する。

最終形は写真の通り。かなりスッキリした。
１．安定した密着性を保つためのCPU Cooler固定方法
２．CPU Cooler→TEC→C14の熱伝導の改善
３．断熱シート
にそれぞれ改善を加えた。
たどり着いてみればシンプルな解になったかと思う。

TEC3枚 一枚あたり3Aを流して環境温度より5℃以上低い
リアセル温度をキープできている。
夕方の大きな温度変化にも追随できる性能を出せている。

昨夕観測からの温度変化グラフを示す。
0:00 TEC OFF　約5.5℃の温度差（環境vsリアセル）
その後ドーム閉状態で成り行きの温度変化
16:40 TEC ON
17:35 環境温度と主鏡温度が並ぶ
環境温度のスパイクはノイズ。約一時間で
主鏡温度は環境温度を下回った。
環境温度より5℃以上はリアセル温度が
低い状態になっている。

焦点内外像

　焦点内像

焦点外像

　3月18日早朝にArcturusで撮像した
　焦点内外像。IR685フィルターで
　１minのスタック。
　

C14 Collimation Knob （3）

コリメーションノブを使っているうちに

もう少し使い勝手のよいノブ形状はないものかと

模索を続けていた。

なんとか寒い中でも手探りでノブを軽く回せる

ものができた。

回転中心から対称形で親指と人差指を引っ掛けて

スムーズに、望遠鏡にブレを与えずに回せる形状

を作った。

サトーパーツのノブに被せる形ではめられる。

３Dプリンタで製作。

20170118木星観測→火星観測時までの温度変化測定グラフ（TEC）

昨日夕刻の火星観測から（一部昨日の報告に重複）

今朝の木星観測→今夕の火星観測までの温度変化。

1/17　12：50　TEC ON

1/17  17：00   火星観測開始

1/18　04：00　木星観測開始

1/18　06：30　観測終了・TEC OFF・寝袋巻

1/18　12：00　TEC　ON・TEC部除き寝袋巻

1/18　17：00　火星観測開始・寝袋巻OFF

1/18　18：00　火星観測終了・TEC OFF・寝袋巻TEC部除きON

RearCellTempの12：51のデータはノイズ。

寝袋巻で1/18昼間のRearCell/主鏡温度の上昇は抑えられた。

12：00のTEC運転後はDome内の温度が上がっているため

RearCell温度が4℃差低い状態で追随。

主鏡温度は下がらない。

観測時には1℃以上主鏡温度が環境温度より低い状態を保つ。

20170117火星観測時までの温度変化測定グラフ（TEC）

20170117夕刻の温度変化グラフを提示する。
12：53　TEC運転　　それまでは寝袋巻
なんとか観測時まで環境温度より主鏡温度が
低い状態を保てた。
筒内気流は抑制できていた。

TEC用電源+汎用タイマー

TEC（SpotCoolerも同様ですが）は然るべき時間に

ON/OFFする仕掛けがあると運用が楽です。

現在は写真のような組み合わせでうまく動いています。

電源はアマチュア無線用のトランス式可変電圧電源です。

重くて大きいですがTECの冷却を調節するのに

大変重宝しています。

（ヤフオクでジャンクを入手して修理して動かしました。）

最初は１２Vの大容量スイッチング電源を

使っていたのですが（RCSPその３）大きな問題を発見しました。

汎用タイマーを使うと出力が激減したのです。

SSRと相性の悪い負荷はあるのですが

スイッチング電源が影響を受けるというのは

初めての経験でした。

そこで他のメリットも有る可変電圧電源に置き換えることに

決断したわけです。

SSRの汎用タイマーを作られる方はご注意を。

SpotCoolerには全く問題なく使えます。

これがダメな組み合わせですが、この電源の大きさ重さの

圧倒的な違いは衝撃です。

寝袋巻

昼間は、なんと見苦しい姿ですがC14を寝袋でくるんでいます。
裸のC14でのTECの運転はフタをしない冷蔵庫の
ようなものです。
断熱、あるいは保温をうまくやらないと熱効率は悪くて
省エネになリません。

さらに
日中のドーム内面の放射熱によってリアセルが
熱くなり、結果的に主鏡温度が上昇します。
TECの特性上環境温度より3℃前後は低い状態は保てますが、
夕刻の観測時までには急速に環境温度が低下していくので
主鏡温度降下が間に合いません。
主鏡温度が環境温度を上回る状態が起きます。

というわけでまず「寝袋巻」で断熱・保温効果の程を
実験しているわけです。

温度変化の状態は後ほどレポートします。

筒内気流制御関連手法の中間まとめ

	即効性	観測中運転	長時間観測	主鏡冷却速度	温度均一性	コスト	製作難易	鏡筒機械加工	メーカ保証
鏡筒断熱内部	－	－	－	－	－	△	△	X	X
鏡筒断熱外部	－	－	－	－	－	○	○	X	○
排気ファン	○	△	○	△	○	○	○	X	○
内部気流制御ファン	○	○	○	△	○	○	△	X	X
SpotCooler冷気導入	△	X	X	◎	X	△	○	X	○
SpotCoolerRearCell冷却	○	X	X	○	○	△	○	X	○
TEC	△	○	○	△	◎	X	X	X	○

様々な筒内気流の制御手法の中間的なまとめの表を作った。

それぞれにメリット／ディメリットがあるので、共存させて使い分けるのが

ベストかもしれない。またドームでの固定運用を前提としているので

室内室外移動や、遠征等の条件では全く違う方法がある。

１．鏡筒の断熱

　　鏡筒の内側で断熱及び迷光処理する方法は工法もシンプルで効果は大きい。

　　が、CPを外すことによるリスクがある。

　　鏡筒の外側に断熱材を貼る、あるいはかぶせるのはデザイン的な収め方が

　　難しいものの、CPを外さず手軽に着手できるのがメリット。

　　閉鎖鏡筒のメリットを活かすべく鏡筒内部環境を均一安定に保つには

　　必須の工作である。

　　アクティブクーリングの場合の熱収支の改善にも寄与する。

２．排気ファン

　　大きな鏡筒内外の温度差があるとき排気ファンで概ね外気温度に

　　順応させるのはアクティブクーリングを使わない限りは必須である。

　　換気口の有無、HDか否かによってもファンの取り付け方法は異なる。

３．内部気流制御ファン

　　境界層流の除去が主目的。内部環境温度が何らかの理由で不均一、あるいは

　　開放鏡筒の場合は必須の道具である。観測中も使用するのが前提である。

　　閉鎖鏡筒の場合は内部温度が均一化し密度差による乱れが少なくなる効果がある。

　　何らかの理由で筒内気流が発生してしまっている状況では、効果は

　　必ずあるので、最後の切り札として使える。

４．SpotCooler

　　最初に試みた換気口から冷気を吹き込む手法は急速冷却効果が高いが

　　主鏡も含めた系全体の温度分布の緩やかさを実現しないと像が安定しない。

　　すなわち急速に冷却するが、温度を順応させる時間が必要で観測に短時間に

　　入れるわけではない。（順応必要時間の経験値が必要）

　　RearCellを冷やすのは間接的にミラーを冷却することになり、時間はかかるが

　　均一に冷やしていく効果がある。運転を止めて30分程度で観測に入れる。

　　ほぼ実用的な手法として使えるが、温度バランスが保持できる時間が
　　限られているのが難点である。長時間の観測には他の手法と併用する必要がある。

　　（内部気流制御ファンあるいはTEC）

　　環境温度の高低、温度低下のスピード等の外部条件によって最適な

　　Coolingの時間や、保持時間が変化するため運用には経験値が必要となる。

５．TEC

　　アクティブクーリングとしては最もシンプルで安定性の高い方法となりうる。

　　外部環境に依存せずに内部環境をコントロールでき、かつ観測時間中の

　　運転が可能なため長時間の観測も最適化可能である。

　　当初懸念された結露対策も閉鎖鏡筒のメリットでクリアできそうであるが、

　　通年の条件変化を経てみないと結論は出ない。駆動ユニット数や

　　駆動電圧等の最適化も同様である。

　　レシピーとして最終的なまとめのためにテストをしているが、

　　簡単なタイマーによるON/OFFレベルで運用できることを目指している。

「放射冷却」というテーマでActiveCoolingの製作試験を進めてきたが

この点に関しては筆者の熱工学的知見が不足していることもあり、

理論的に実証するには至っていない。

今後の楽しみでしょうか・・・・・。

20161225観測時の温度測定グラフ（SpotCooler)

　20161225夕刻の温度測定グラフ。

　15：19　SpotCooler運転開始

　16：27　停止

　16：51　観測開始

　18：04　観測終了

　18：33　TEC　2台一時運転テスト　ドーム閉

　18：49　停止

    良像を得るには何と言っても好シーイングが必要だ。
    そのチャンスを充分な事前準備が出来ない時でも
    有効に活かせるのがSpotCoolerの即効性だ。

放射冷却システムプロジェクト RCSP その14 TEC＋CPUクーラ 3セットテスト

TEC+CPUクーラを3セット取り付けた。

■RearCellへのTECの貼り付け

　　各種の熱伝導接着剤、粘着テープを
　　試みた。
　　C14のRearCellの曲面に取り付けるため粘着テープでは
　　若干の隙間を吸収することができなかったため

　　・秋月電子通商　放熱用シリコン接着剤　HY‐910

　　を用いてTECを接着することにした。
　　シリコンコーキングに熱伝導剤を加えたものなので
　　あとで剥がすことも問題ない。
　　

TECの周囲には断熱フォームを貼ってコールド側と
　ホット側の熱交換を防ぐ。
　TEC上面の黒い■は黒体テープで温度測定のため
　仮に貼ったもの。あとで剥がした。

■CPUクーラの実装

　TECとCPUクーラの間は接着は避けて
　シリコングリス・粘着テープをテストした。

　・秋月電子通商　シリコングリス　HY-750

　を塗布してCPUクーラを載せた。

　3台を実装したところ。

■3台のTECユニットによる温度変化データ

　配線の整理や細部のデザイン的な収まりはこれからだが

　概ね基本構造は確定した。

　本日10時頃より電源を入れてテストした。

　環境温度より4℃以上RearCell温度は低下しており

　主鏡温度は2℃程度は環境温度から低い状態を

　保っている。

　気象条件が本日は通常より暖かく温度低下の

　速度も遅かったが概ね3台を稼働すれば

　余裕を持って観測時間帯の主鏡温度が

　環境温度より低い条件を満たせるめどが立った。