DE60110316T2

DE60110316T2 - Wärmeregelungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE60110316T2
Application number: DE60110316T
Authority: DE
Inventors: Ichiro Minato-ku Mase; Yasuyuki Nakamura; Yuichi Minato-ku Shimakawa; Mayumi Kosaka; Yoshimi Kubo
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2021-07-07
Also published as: EP1170208A3; EP1170208A2; US7267866B2; EP1170208B1; DE60110316D1; US20020003229A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeregelungsverfahren und eine Wärmeregelung und insbesondere ein Wärmeregelungsverfahren und ein Wärmeregelungsgerät, das für die Wärmeregelung von Wärme geeignet ist, die von einer elektronischen Ausrüstung erzeugt wird, die am Ort eines Raumfahrzeuges einschließlich einem künstlichen Satelliten und einem Raumschiff montiert ist.
2. Stand der Technik
Im Allgemeinen dient in einem Raumfahrzeug, das durch eine Vakuumumgebung fliegt, die Wärmestrahlung in den Raum über die Außenhaut des Raumfahrzeuges als ein Mittel zum Freilassen von Wärme, wobei die abgestrahlte Wärmemenge die Temperatur des Raumfahrzeuges bestimmt.
Aus diesem Grund sind viele Techniken entwickelt worden, wie beispielsweise Verfahren zum Verhindern eines starken Anstiegs oder starken Abfalls der Temperatur und zur Aufrechterhaltung der Temperatur innerhalb eines geeigneten Bereiches bei großen Änderungen der im Inneren des Raumfahrzeuges erzeugten Wärmemenge und dergleichen.
Beispielsweise sind Lösungen, eine Temperaturregelungsschaltung getrennt von der Elektronikausrüstung vorzusehen und ein Wärmelamellensystem zu verwenden, wie beispielsweise in der 6 der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 11-217562 (EP-A-0 919 647) gezeigt, bekannt.
Das Vorsehen einer separaten Temperaturregelungsschaltung erhöht nicht nur die Masse des Raumfahrzeuges und die Menge der verbrauchten Energie, sondern führt auch zu einer unvermeidbaren Vergrößerung des Innenvolumens des Raumfahrzeuges und einer Erhöhung der Anzahl der darin verwendeten bewegten Teile, was zu Problemen der geringen Zuverlässigkeit und Lebensdauer führt.
In dem japanischen Patent Nr. 2705657 (JP-A-409058600) ist ein Verfahren gezeigt, bei dem eine Phasenübergangssubstanz zwischen einer stabilen Wärmequelle innerhalb eines künstlichen Satelliten und einer Komponente des künstlichen Satelliten angeordnet ist, die eine Wärme abstrahlende Fläche hat, die große Wärmeänderungen zeigt, an der die Temperaturregelung durchgeführt wird, wobei die Phasenübergangssubstanz bei hoher Temperatur eine geringe Wärmeleitfähigkeit und bei niedriger Temperatur eine große Wärmeleitfähigkeit hat.
Die vorstehend angegebene Einrichtung bezüglich der Wärmeleitfähigkeit bei niedriger Temperatur und der Wärmeleitfähigkeit bei hoher Temperatur, die umgekehrt zu der Einrichtung der vorliegenden Erfindung, die später beschrieben wird, ist, macht eine effiziente Temperaturregelung jedoch unmöglich.
In dem japanischen Patent Nr. 2588633 ist eine Temperaturregelung für eine Elektronikausrüstung in einem Raumfahrzeug offenbart, die gebildet ist durch ein Gefäß, in welchem eine Phasenänderungssubstanz dicht eingeschlossen ist, einem Wärmerohr in innigem Kontakt mit dem Gefäß und einer elektrischen Heizvorrichtung in innigem Kontakt mit der Außenfläche des Gefäßes. Weil die zusätzliche Ausrüstung, die eine separate Heizvorrichtung erfordert, das Gewicht jedoch erhöht, ist diese nicht für die Verwendung in einem Raumfahrzeug geeignet.
Zusätzlich ist in dem japanischen Patent 2625821 (JP-A-401212699) eine Wärmeregelung für einen künstlichen Satelliten offenbart, bei der eine Phasenübergangssubstanz, die in der Hochtemperaturphase eine niedrige Infrarot-Strahlungseffizienz und in der Niedrigtemperaturphase eine hohe Infrarot-Strahlungseffizienz hat, zwischen einem Stück der Nutzlastausrüstungs-Temperaturregelung und einem Kühlkörper angeordnet. Die Verfassung dieser Wärmeregelung mit Bezug auf die Infrarot-Strahlungseffizienz in den Niedrig- und Hochtemperaturphasen ist jedoch umgekehrt zu derjenigen der unten beschriebenen vorliegenden Erfindung und es ist unmöglich, eine effiziente Temperaturregelung durchzuführen.
In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 63-207799 ist zwischen einem Stück der Nutzlastausrüstung und einem Kühlkörper eine Konfiguration angeordnet, bei der eine Einzelphasenänderungssubstanz, bestehend aus Vanadiumdioxid, angeordnet ist. Hierbei wird jedoch eine andere Phasenänderungssubstanz als bei der unten beschriebenen, vorliegenden Erfindung verwendet, das Verfahren zur Verwendung derselben ist ebenfalls unterschiedlich, und ermöglicht keine effiziente Temperaturregelung.
In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 11-217562 ist in der 2 vorgeschlagen, anstatt sich auf ein mechanisches Prinzip zu verlassen, einfach die Wärmestrahleigenschaften einer Phasenänderungssubstanz zu verwenden, die aus Perovskit-Mn-Oxid oder dergleichen besteht, die als Wärmeregelung zur Regelung der Temperatur verwendet wird.
Im Einzelnen ist das gezeigte Beispiel eines, bei dem eine Phasenänderungssubstanz 1 direkt an einer wärmestrahlenden Fläche 5 des Gegenstandes 3 befestigt ist, der ein Stück der Elektronikausrüstung ist, die die Wärmeregelung erfordert.
Bei den vorstehend angegebenen Beispielen der bekannten Technologie ist die verwendete Phasenänderungssubstanz jedoch ein Typ Perovskit-Mn-Oxid oder dergleichen, so dass bei hohen Temperaturen die Wärmestrahlungseffizienz hoch und bei niedrigen Temperaturen die Wärmestrahlungseffizienz niedrig ist.
Bei einer Wärmeregelung, die die vorstehend angegebene bekannte Phasenänderungssubstanz verwendet, war es notwendig, eine Dicke von mehreren 100 μm zu haben, weil es notwendig ist, mit der Phasenänderungssubstanz allein in der Hochtemperaturphase eine hohe Wärmestrahlungseffizienz zu erzielen.
Für den Fall der Verwendung von Perovskit-Mn-Oxid als Phasenänderungssubstanz ist wegen der hohen Dichte (6,6 g/cm³) dieser Substanz bei einer Dicke von beispielsweise 200 μg das Gewicht der erforderlichen Materialmenge 1,3 kg/m² hoch.
Da weiterhin diese Phasenänderungssubstanz ein Keramikmaterial ist und hart ist, hat es den Nachteil, dass es die Erzielung einer Phasenänderungssubstanz, die sowohl dünn als auch flexibel ist, unmöglich macht.
Obwohl diese Phasenänderungssubstanz nur ein Drittel bis ein Fünftel der Masse einer Wärmelamelle mit der gleichen Funktion hat und die durch eine Klinge oder ein Bimetallelement, das die gleiche Funktion hat, geöffnet und geschlossen wird, ist dies immer noch nicht ausreichend, um die strengen Gewichtsanforderungen bei einem Raumfahrzeug zu erfüllen und daher besteht die Notwendigkeit nach einer weiteren Reduktion der Masse.
Da zusätzlich die Phasenänderungssubstanz ein fester Stoff ist und keine Flexibilität zeigt, ist es schwierig, sie an einem Gegenstand zu befestigen, der eine Krümmung hat, wodurch der Anwendungsbereich begrenzt ist.
Die Form des Raumfahrzeuges hat gekrümmte Flächen und wenn die Befestigung an diesen Flächen unmöglich war, wäre dies eine weitere Einschränkung im Anwendungsbereich. Solange als die Verwendung auf eine einzelne Schicht der vorstehend genann ten Phasenänderungssubstanz der Vergangenheit begrenzt ist, war es jedoch schwierig, in der Vergangenheit eine praktische Wärmeregelung zu erzielen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend angegebenen Nachteile des Standes der Technik zu verbessern, indem eine Wärmeregelung und ein Verfahren zur Wärmeregelung geschaffen wird, das leichter ist und eine höhere Leistung hat als die Wärmeregelung mit äquivalenten Wärmestrahlungscharakteristika der Vergangenheit.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmeregelung zu schaffen, bei der die Phasenänderungssubstanz, die in der Vergangenheit eine Dicke von mindestens mehreren 100 μm haben musste, als ein Film mit einer Dicke von ungefähr mehreren μm auf einem Basismaterial mit niedriger Dichte ausgebildet ist, und die Wärmestrahlungscharakteristika hat, die äquivalent denjenigen der Wärmeregelung der Vergangenheit sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmeregelung und ein Verfahren zur Wärmeregelung zu schaffen, die flexibel ist, um bei einem Gegenstand mit einer Krümmung angewendet werden zu können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung der vorstehenden Aufgaben verwendet die vorliegende Erfindung die im Folgenden beschriebene grundsätzliche technische Einrichtung.
Im Einzelnen ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Wärmeregelung, bei der ein Verbundmaterial aus der Kombination besteht, aus einem Basismaterial, das in einer Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, einer Phasenänderungssubstanz, die in einer Hochtemperaturphase elektrische Isoliereigenschaften hat, in einer Niedrigtemperaturphase metallische Eigenschaften hat, in der Niedrigtemperaturphase eine kleine Wärmemenge abstrahlt und in der Niedrigtemperaturphase im Infrarotbe reich ein hohes Reflexionsvermögen hat, um die Temperatur eines Gegenstandes zu regeln.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Wärmeregelung, wobei ein Verbundmaterial, bestehend aus der Kombination aus einem Basismaterial, das in der Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, mit einer Phasenänderungssubstanz, die in der Hochtemperaturphase elektrische Isoliereigenschaften hat, in der Niedrigtemperaturphase metallische Eigenschaften hat, in der Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, in der Niedrigtemperaturphase eine kleine Wärmemenge abstrahlt und in der Niedrigtemperaturphase im Infrarotbereich ein hohes Reflexionsvermögen hat, entweder direkt oder indirekt auf einem Gegenstand montiert wird, um die Temperatur desselben zu regeln.
Durch die Verwendung der vorstehend angegebenen technischen Verfassung erzielt eine Wärmeregelung und ein Verfahren zur Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung Charakteristika äquivalent zu denjenigen einer Wärmeregelung der Vergangenheit, die eine Phasenänderungssubstanz verwendet hat, und schafft eine Wärmeregelung, die mit leichterem Gewicht hergestellt werden kann.
Genauer gesagt, wird bei der vorliegenden Erfindung eine Phasenänderungssubstanz 1 mit einer Dicke von mehreren μm bis 30 μm und mit Isoliereigenschaften in einer Niedrigtemperaturphase und metallischen Eigenschaften in einer Hochtemperaturphase durch ein Beschichtungsverfahren, ein Druckverfahren mit einem dicken Film, ein Dampfabscheidungsverfahren oder dergleichen auf einem Basismaterial mit geringer Dichte, bestehend aus Silizium, Aluminiumoxid, teilweise stabilisiertem Zirkonoxid oder dergleichen, das eine Dicke von 10 bis 100 μm hat, mit ausreichender Festigkeit und Zähigkeit und mit einem hohen Strahlungsverhältnis ausgebildet, wobei das resultierende Verbundmaterial so montiert wird, dass es mit einem Gegenstand, der die Wärmeregelung erfordert, einen guten thermischen Kontakt hat, wodurch eine Wärmeregelung mit einer einfachen Konfiguration gebildet wird.
Zusätzlich ist durch die Verwendung einer flexiblen Folie oder eines Films als Basismaterial die Anwendung der Wärmeregelung an einer elektrischen Ausrüstung mit einer Krümmung möglich, wodurch der Anwendungsbereich der Wärmeregelung verbreitert und der Freiheitsgrad erhöht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht im Schnitt einer spezifischen Konfiguration einer Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht im Schnitt der Konfiguration einer Ausführungsform einer Wärmeregelung der Vergangenheit.
3 ist eine Ansicht im Schnitt einer weiteren spezifischen Ausführungsform einer Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Ansicht im Schnitt einer weiteren Ausführungsform einer Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine grafische Darstellung der Temperaturdaten in Abhängigkeit von der Emissionsstärke eines dicken Films, der aus La_0,8Sr_0,075Ca_0,125MnO₃ mit einem Druckverfahren mit einem dicken Film hergestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der Wärmeregelung und eines Verfahrens zur Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Einzelnen unter Bezugnahme auf die relevanten begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Im Einzelnen zeigt 1 eine spezifische Ausführungsform einer Wärmeregelung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, diese Zeichnung zeigt eine Wärmeregelung 10, bei der ein Basismaterial 2, welches in der Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, mit einer Phasenänderungssubstanz 1 kombiniert ist, die in der Hochtemperaturphase Isoliereigenschaften hat, in der Niedrigtemperaturphase metallische Eigen schaften hat, in der Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, in der Niedrigtemperaturphase eine kleine Wärmemenge abstrahlt und in der Niedrigtemperaturphase ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarotbereich hat, wodurch ein Verbundmaterial 4 gebildet ist, um die Temperatur eines Gegenstandes 3 zu regeln.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Phasenänderungssubstanz 1 hat eine Dicke im Bereich von 1 bis 30 μm.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Basismaterial 2 hat eine Dicke, die größer als diejenige der Phasenänderungssubstanz 1 ist, und vorzugsweise eine Dicke von 10 μm bis 100 μm und insbesondere eine Dicke im Bereich von 30 μm bis 50 μm.
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das für das Laminieren der vorstehend angegebenen Phasenänderungssubstanz 1 und des Basismaterials 2 verwendbar ist, beispielsweise das Laminieren der Phasenänderungssubstanz 1, mit einer Dicke von 1 bis mehreren μm auf die Oberfläche des Basismaterials 2 durch ein Beschichtungsverfahren, bei dem die Phasenänderungssubstanz zu einem Pulver vermahlen ist, ein Dickschicht-Druckverfahren, bei dem die pastenartige Phasenänderungssubstanz aufgedruckt und eingebrannt wird, oder ein Dampfabscheidungsverfahren oder dergleichen, und zusätzlich ist das Basismaterial 2 auf einer Oberfläche des Gegenstandes 3, dessen Temperatur geregelt werden soll, mit einem guten Wärmekontakt zwischen beiden befestigt.
Es ist wünschenswert, dass die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Phasenänderungssubstanz 1 ein Perovskitoxid, wie beispielsweise Perovskit-Mn-Oxid, ist.
Im Einzelnen sind bei der vorliegenden Erfindung zu verwendende Perovskitoxide Perovskitoxide, die Mn enthalten, deren chemische Zusammensetzung durch die allgemeine Formel Al-xBxMn ausgedrückt werden kann (wobei A wenigstens Ion der seltenen Erden ist, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus La, Pr, Nd und Sm, und B wenigstens ein Erdalkalimetallion ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ca, Sr und Ba).
Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, ein Korund-Vanadiumoxid zu verwenden, das Cr enthält, dessen chemische Zusammensetzung durch die allgemeine Formel (V_1-xCr_x)₂O₃ ausgedrückt werden kann.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Basismaterial 2 kann Silizium, Aluminiumoxid, partiell stabilisiertes Zirkoniumoxid oder dergleichen sein und es ist wünschenswert, dass dieses Basismaterial 2 in der Form eines Blattes oder eines Filmes Flexibilität zeigt, so dass es zu einer Krümmung gebogen werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass das Verbundmaterial 4 entweder direkt oder indirekt über eine geeignete wärmeleitfähige Substanz an einer Oberfläche des Gegenstandes 3, der eine die Wärme erzeugender Körper ist, befestigt werden kann, und es ist wünschenswert, dass ein geeigneter Klebstoff verwendet wird, um eine thermische Verbindung mit den Gegenstand zu erzielen.
Zusätzlich ist bei der vorliegenden Erfindung der Gegenstand 3 nicht darauf beschränkt, dass er ein flacher Oberflächenteil eines Raumfahrzeuges ist, sondern kann auch irgendein nicht ebener Teil desselben sein, einschließlich sphärisch gekrümmter Teile, einfach gekrümmter Teile oder Teile, die Oberflächenunebenheiten zeigen, und die Wärmeregelung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung kann an jeder derartigen Oberfläche des Gegenstandes befestigt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung umgibt der Gegenstand 3 einen unbemannten Satelliten, ein Raumfahrzeug oder dergleichen und hat eine elektrische und elektronische Ausrüstung, die in einem Raumfahrzeug verwendet wird.
Die Gestaltung und die Funktionsweise der Wärmeregelung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung werden mit weiteren Einzelheiten im Folgenden beschrieben.
Insbesondere unter Bezugnahme auf die Wirkung und Funktionsweise der Wärmeregelung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist es grundsätzlich möglich, die optischen Charakteristika in Begriffen des Verhaltens der Elektronen und Matrizen des Basismaterials zu verstehen, und wenn die Substanz ein guter Leiter ist, kann deren Reflexionsvermögen und die Elektrizitätskonstante als eine Lichtfrequenz und die charakteristische Plasmafrequenz der Substanz ausgedrückt werden.
In der vorstehend angegebenen Beziehung kann die Dicke, die bei der Phasenänderungssubstanz für die Lichtreflexion im Infrarotbereich in der Niedrigtemperaturphase, bei der die Substanz metallisch wird, erforderlich ist, sehr viel kürzer als die elektromagnetischen Wellen sein, die auf deren Oberfläche auftreffen, so dass für den Infrarotbereich, in welchem die Wellenlänge in der Größenordnung von 10 μm ist, es für die Phasenänderungssubstanz ausreicht, dass sie eine Dicke von 1 μm oder größer hat, um ein ausreichend hohes Reflexionsvermögen und geringes Strahlungsverhältnis zu erzielen.
Für den Fall, bei dem die Substanz ein Isolator ist, werden, wenn die Dosierung der Dicke nicht die Wellenlänge der auftreffenden elektromagnetischen Wellen überschreitet, keine ausreichende Absorption und Strahlung erzielt.
Aus den vorstehend angegebenen Charakteristika der Phasenänderungssubstanz 1 ist für den Fall, bei dem der Gegenstand 3 eine niedrige Temperatur hat, die Wärmemenge, die durch die Phasenänderungssubstanz 1, welche thermisch mit dem Gegenstand 3 verbunden ist, abgestrahlt wird, klein, so dass die Wärmemenge, die von dem Gegenstand 3 nach außen abgestrahlt wird, klein gehalten werden kann, wodurch ein Abfall der Temperatur des Gegenstandes 3 verhindert werden kann.
Im Gegensatz zu der vorstehenden Situation wird für den Fall, bei dem der Gegenstand 3 auf einer hohen Temperatur ist, die Phasenänderungssubstanz 1, die an diesen thermisch angeschlossen ist, ein Isolator, so dass, obwohl eine Phasenänderungssubstanz 1 mit einer Dicke von mehreren μm kein ausreichend hohes Strahlungsverhältnis im Infrarotbereich von mehreren 10 μm bereitstellt, die Wärme, welche von dem Basismaterial 2 zwischen beiden abgestrahlt wird, die ein hohes Strahlungsverhältnis hat, durch die Phasenänderungssubstanz 1 hindurch gehen, wodurch es möglich wird, die Wärmemenge, welche von der Oberfläche der Phasenänderungssubstanz 1 abgestrahlt wird, groß zu machen.
Dank des Vorstehenden ist es möglich, von dem Gegenstand 3 eine große Wärmemenge in die Umgebung abzustrahlen, wodurch der Anstieg der Temperatur des Gegenstandes 3 begrenzt wird.
Wenn bei der Wärmesteuerung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Gegenstandes 3 fällt, weil die Temperatur des Basismaterials 2, das thermisch an diesen angeschlossen ist, ebenfalls abfällt, sinkt die Temperatur der Phasenänderungssubstanz 1, die auf dieser durch Streichen oder Dampfabscheidung oder dergleichen, aufgebracht ist, ebenfalls.
Wenn die Phasenänderungssubstanz 1 unter ihre Phasenübergangstemperatur fällt, sinkt deren Strahlungsverhältnis, so dass die Wärmemenge, welche nach außen abgestrahlt wird, sinkt, wodurch es möglich wird, das Absinken der Temperatur des Gegenstandes 3 zu begrenzen.
Wenn im Gegensatz zu der vorstehenden Situation die Temperatur des Gegenstandes 3 steigt, steigt die Temperatur des Basismaterials 2 und der mit diesem thermisch verbundenen Phasenänderungssubstanz 1 ebenfalls.
Obwohl es für die Phasenänderungssubstanz 1 wegen ihrer dünnen Ausbildung nicht möglich ist, eine ausreichende Wärme abzustrahlen, geht die Wärme, welche von dem Basismaterial 2 abgestrahlt wird, das die Unterschicht zu dieser bildet, welches ein hohes Wärmestrahlungsverhältnis hat, durch die Phasenänderungssubstanz 1, so dass es möglich ist, von den beiden dieser kombinierten Elemente die Abstrahlung einer großen Wärmemenge zu erzielen.
Aus diesem Grund entsteht ein Anstieg der in die Umgebung abgestrahlten Wärmemenge, wodurch es möglich wird, den Temperaturanstieg des Gegenstandes 3 zu begrenzen.
Im Folgenden wird anhand der 3 eine weitere spezifische Ausführungsform einer Wärmeregelung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Im Einzelnen wird bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine flexible Substanz als das Basismaterial 2 verwendet, eine Phasenänderungssubstanz 1 hat eine Dicke von mehreren μm bis 30 μm, die durch ein Dickschicht-Druckverfahren, ein Beschichten oder eine Dampfabscheidung oder dergleichen auf das flexible Basismaterial 2, mit einer Dicke im Bereich von mehreren μm bis 100 μm aufgebracht wird und weiterhin ist das Basismaterial 2 auf der Oberfläche des Gegenstandes 3 befestigt, der eine gekrümmte Oberfläche hat und dessen Temperatur zu regeln ist, so dass das Basismaterial 2 mit diesem in innigem Wärmekontakt besteht.
Als dieses flexible Basismaterial 2 kann Silizium, Aluminiumoxid, partiell stabilisiertes Zirkoniumoxid oder dergleichen verwendet werden.
In einer Wärmeregelung mit der vorstehend angegebenen Konfiguration sinkt, wenn die Temperatur des Gegenstandes 3 sinkt, auch die Temperatur des mit diesem thermisch verbundenen Basismaterials 2, so dass die Temperatur der Phasenänderungssubstanz 1, die darüber durch ein Dickschicht-Druckverfahren, ein Beschichtungsverfahren, Dampfabscheidungsverfahren oder dergleichen ausgebildet ist, ebenfalls sinkt.
Wenn die Phasenänderungssubstanz 1 unter ihre Phasenübergangstemperatur fällt, sinkt deren Strahlungsverhältnis, so dass die Wärmemenge, welche in die Umgebung abge strahlt wird, sinkt, wodurch es möglich wird, das Sinken der Temperatur des Gegenstandes 3 zu begrenzen.
Wenn im Gegensatz zu der vorstehenden Situation die Temperatur des Gegenstandes 3 steigt, steigen die Temperaturen des Basismaterials 2 und der Phasenänderungssubstanz 1, die thermisch mit diesen verbunden sind, ebenfalls.
Obwohl es der Phasenänderungssubstanz 1 nicht möglich ist, wegen ihrer dünnen Ausbildung ausreichend Wärme abzustrahlen, geht die von dem Basismaterial 2, welches deren Unterschicht bildet, das ein hohes Wärmestrahlungsverhältnis hat, abgestrahlte Wärme durch die Phasenänderungssubstanz 1 hindurch, so dass es möglich ist, durch die beiden dieser kombinierten Elemente eine große Wärmeabstrahlungsmenge zu erzielen.
Aus diesem Grund ist es möglich, den Temperaturanstieg in dem Gegenstand 3 zu begrenzen.
Eine weitere Ausführungsform einer Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der 4 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Einzelnen eine reflektierende Folie 6, die sichtbares Licht reflektiert, auf die Oberfläche der Phasenänderungssubstanz 1 an der Seite gegenüber der Oberfläche, auf die das Basismaterial 2 laminiert ist, laminiert, wodurch ein Verbundmaterial 7 gebildet ist.
Genauer gesagt, ist bei der Wärmeregelung 10 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in der 4 gezeigt, eine Phasenänderungssubstanz 1 mit einer Dicke von mehreren μm durch ein Dickschicht-Druckverfahren, ein Beschichtungsverfahren, eine Dampfabscheidung oder dergleichen an einem Basismaterial 2 mit einer Dicke von 30 μm bis 50 μm befestigt und das Basismaterial 2 ist an der Oberflä che des Gegenstandes 3 so befestigt, dass es mit diesem einen innigen thermischen Kontakt hat.
5 zeigt eine grafische Darstellung, die Temperaturdaten in Abhängigkeit von dem Emissionsvermögen einer dicken Schicht, bestehend aus La_0,8Sr_0,075Ca_0,125MnO₃ mit einer Dicke von 10 μm zeigt, die durch ein Dickschicht-Druckverfahren auf einer Oberfläche eines Substrats aus yttriumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid ausgebildet ist, das eine Rechteckform von 50 mm × 50 mm mit einer Dicke von 50 μm hat.
Diese grafische Darstellung zeigt insbesondere die Gesamtausstrahlung der Halbkugel derselben, gemessen bei Temperaturen zwischen 170°K und 380°K.
Anzumerken ist, dass die grafische Darstellung eine abrupte Änderung des Abstrahlvermögens unterhalb von 240°K, der Übergangstemperatur und der metallischen Eigenschaft in einem Niedrigtemperaturbereich und der isolierenden Eigenschaften in einem Hochtemperaturbereich zeigt.
Zusätzlich ist über der Phasenänderungssubstanz 1 eine das Sonnenlicht reflektierende Folie 6 angebracht, die die Eigenschaften hat, Infrarotlicht durchzulassen und sichtbares Licht zu reflektieren.
Die Phasenänderungssubstanz 1 hat bezogen auf den Sonnenlichtbereich (0,3 bis 2,5 μm) ein niedriges Reflexionsvermögen (ungefähr 0,3) und hat mit Bezug auf das Sonnenlicht eine hohe Absorptionsrate.
Wenn daher die Phasenänderungssubstanz 1 so angeordnet ist, dass Sonnenlicht direkt auf diese auftrifft, wird die Wärmeregelung 10 selbst eine große Wärmemenge absorbieren, was bezüglich der Wärmestrahlung von Nachteil ist. Um dieses Problem zu lösen, ist, wie in der 4 gezeigt, eine das Sonnenlicht reflektierende Folie 6, die die vorstehend beschriebenen Charakteristika hat, so angeordnet, dass die Wärmemenge, welche im Bereich des sichtbaren Lichtes absorbiert wird, reduziert wird.
Weil die das Sonnenlicht reflektierende Folie 6 transparent ist (beispielsweise bezogen auf Infrarot), bleibt mit Ausnahme des Sonnenlichtes das Basisbetriebsprinzip dieser Wärmeregelung das Gleiche wie bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung kann auch als ein Verfahren zur Wärmeregelung verkörpert sein und es ist aus der vorstehend angegebenen Beschreibung der Funktionsweise der Wärmeregelung 10 klar, dass ein Verfahren zur Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Verfahren zur Regelung der Wärme in einem Gegenstand, wie beispielsweise einer Elektronikausrüstung an Bord eines Raumfahrzeuges ist, durch welche ein Verbundmaterial 4 durch Kombination aus einem Basismaterial 2, welches in einer Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, mit einer Phasenänderungssubstanz 1, die in einer Hochtemperaturphase Isoliereigenschaften hat, in einer Niedrigtemperaturphase metallische Eigenschaften hat, in einer Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, in einer Niedrigtemperaturphase eine kleine Wärmemenge abstrahlt und in einer Niedrigtemperaturphase ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarotbereich hat, gebildet ist, und dieses Verbundmaterial 4 wird direkt oder indirekt an einem Gegenstand 3 befestigt, um die Temperatur des Gegenstandes 3 zu regeln.
Bei einem Verfahren zur Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass das Basismaterial 2 eine Dicke hat, die größer als diejenige der Phasenänderungssubstanz 1 ist.
Zusätzlich ist es vorzuziehen, dass bei der vorliegenden Erfindung die Phasenänderungssubstanz 1 ein Perovskitoxid, beispielsweise Perovskit-Mn-Oxid, ist.
Es ist zusätzlich vorzuziehen, dass bei dem Verfahren zur Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung das Basismaterial 2 eine Flexibilität hat.
Wie vorstehend angegeben, ist es bei einem Verfahren zur Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung wünschenswert, dass eine reflektierende Folie 6, die für sichtbares Licht ein Reflexionsvermögen hat, auf die Oberfläche der Phasenänderungssubstanz 1 entgegengesetzt zur Oberfläche, die auf das Basismaterial 2 laminiert ist, laminiert ist.
Das Verbundmaterial 4 oder 7 kann an der Oberfläche des die Wärme erzeugenden Gegenstandes entweder direkt oder indirekt über eine dazwischen angeordnete wärmeleitfähige Substanz befestigt werden.
Durch die Anwendung der verschiedenen technischen Verfassungen, die im Einzelnen vorstehend beschrieben sind, kann eine Wärmeregelung und ein Verfahren zur Wärmeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Effekte erzielen.
Ein Effekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Dicke der hochdichten Phasenänderungssubstanz 1 auf mehrere μm zu reduzieren, wodurch ein leichteres Gewicht erzielt wird.
Im Gegensatz zu den in der Vergangenheit verwendeten Phasenänderungssubstanzen, die zur Erzielung der geforderten Wärmestrahlung in der Niedrigtemperaturphase und der Hochtemperaturphase allein verwendet wurden, welche eine Dicke von mehreren 100 μm hatten, verwendet die vorliegende Erfindung eine Phasenübergangssubstanz mit einer Dicke von nur mehreren μm, kombiniert mit einem Basismaterial mit geringer Dichte, mit einer hohen Wärmestrahlungsrate, wodurch es möglich wird, das Gewicht in der Phasenänderungssubstanz und dem Basismaterial zu verringern, woraus eine Verringerung des Gesamtgewichtes resultiert.
Die vorliegende Erfindung erzielt einen zweiten Effekt durch die Verwendung eines Verbundmaterials, das ein flexibles Basismaterial enthält, welches die Einfachheit der Handhabung verbessert, während der Freiheitsgrad bei der Montage verbessert wird, wodurch der Anwendungsbereich verbreitert wird.
Der Grund für den vorstehend genannten Effekt besteht darin, dass, weil in der Vergangenheit die Dicke der Phasenänderungssubstanz mehrere 100 von μm war, der Phasenänderungssubstanz die Flexibilität fehlte und diese an einer ebenen Oberfläche eines Gegenstandes montiert werden musst, während bei der vorliegenden Erfindung infolge der Flexibilität des Basismaterials eine Befestigung auch an gekrümmten Oberflächen möglich ist.

Claims

Wärmeregelungsvorrichtung (10) mit: Einem Verbundmaterial bestehend aus einem Basismaterial (2), dass in einer Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, in Kombination mit einer Phasenänderungssubstanz (1), die in der Hochtemperaturphase elektrisch isolierende Eigenschaften hat, in einer Niedertemperaturphase metallische Eigenschaften hat, die in der Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, in der Niedertemperaturphase eine kleine Wärmemenge abstrahlt und in einer Niedertemperaturphase ein hohes Reflektionsvermögen bezüglich Infrarotwärmestrahlung hat, wobei das Verbundmaterial eine Temperatur eines Gegenstandes regelt.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Phasenänderungssubstanz (1) eine Dicke im Bereich von 1 bis mehreren 10 μm hat, die entweder durch ein Beschichtungsverfahren, ein Druckverfahren mit einem dicken Film, ein Abscheideverfahren oder dergleichen ausgebildet ist.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Basismaterial (2) eine Dicke größer als die Dicke der Phasenänderungssubstanz hat.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Phasenänderungssubstanz (1) ein Perowskitoxid ist.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Phasenänderungssubstanz (1) ein Perowskit-Mn-Oxid ist.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Basismaterial (2) eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 μm hat.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Basismaterial (2) aus einem Material besteht, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silikon, Aluminiumoxid, teilweise stabilisiertem Zirkonoxid, oder dergleichen, die jeweils Flexibilität besitzen.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine reflektierende Platte oder ein reflektierender Film (6), die jeweils ein Reflektionsvermögen mit Bezug auf sichtbares Licht haben, auf die Phasenänderungssubstanz (1) auf einer Seite gegenüber einer Seite, auf welche das Basismaterial (2) laminiert ist, laminiert ist.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbundmaterial an einer Oberfläche (5) eines Gegenstandes (3) der Wärme erzeugt, entweder direkt oder über eine dazwischen liegende wärmeleitfähige Substanz befestigt ist.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Verbundmaterial über einen geeigneten dazwischen liegenden Klebstoff thermisch mit dem Gegenstand (3) verbunden ist.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gegenstand (3) eine nichtebene Oberfläche aufweist.
Wärmeregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gegenstand (3) eine elektrische oder elektronische Schaltung enthält, die in einem Raumfahrzeug einschließlich einem künstlichen Satellit und einem Raumschiff, verwendet wird
Verfahren zur Wärmeregelung, wodurch ein Verbundmaterial durch Kombinieren eines Basismaterials (2), das eine große Wärmemenge in einer Hochtemperaturphase abstrahlt, mit einer Phasenänderungssubstanz (1) kombiniert ist, die in der Hochtemperaturphase elektrisch isolierende Eigenschaften hat, in einer Niedrigtemperaturphase metallische Eigenschaften hat, in einer Hochtemperaturphase eine große Wärmemenge abstrahlt, in einer Niedrigtemperaturphase eine kleine Wärmemenge abstrahlt, und die im Infrarotwärmebereich in der Niedrigtemperaturphase ein hohes Reflektionsvermögen hat, das entweder direkt oder indirekt an einem Gegenstand (3) montiert ist, um dessen Temperatur zu regeln.
Verfahren zur Wärmereglung nach Anspruch 13, wobei das Basismaterial (2) eine Dicke größer als die Dicke der Phasenänderungssubstanz hat.
Verfahren zur Wärmeregelung nach Anspruch 13, wobei die Phasenänderungssubstanz (1) ein Perowskitoxid ist.
Verfahren zur Wärmeregelung nach Anspruch 15, wobei die Phasenänderungssubstanz (1) ein Perowskit-Mn-Oxid ist.
Verfahren zur Wärmeregelung nach Anspruch 13, wobei das Basismaterial (2) ein Material ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silikon, Aluminiumoxid, teilweise stabilisiertem Zirkonoxid oder dergleichen und jedes derselben Flexibilität besitzt.
Verfahren zur Wärmeregelung nach Anspruch 13, wobei entweder eine reflektierende Platte oder ein reflektierender Film (6) mit einem Reflektionsvermögen für sichtbares Licht auf die Phasenänderungssubstanz an einer Seite gegenüberliegend der Seite, auf welche das Basismaterial laminiert ist, laminiert ist.
Verfahren zur Wärmeregelung nach Anspruch 13, wobei das Verbundmaterial an einer Oberfläche (15) eines wärmeerzeugenden Gegenstandes (3) entweder direkt oder über eine dazwischen liegende wärmeleitfähige Substanz befestigt ist.
Verfahren zur Wärmeregelung nach Anspruch 13, wobei der Gegenstand (3) eine elektrische oder elektronische Schaltung enthält, die in einem Raumfahrzeug einschließlich einem künstlichen Satellit und einem Raumschiff, verwendet wird.