DE60305235T2 - Wärmetauschvorrichtung mit Verdampfer für Satellit - Google Patents

Wärmetauschvorrichtung mit Verdampfer für Satellit Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauschvorrichtung, die für die Abfuhr der Verlustleistung geeignet ist, die von den Ausrüstungen an Bord eines Raumfahrzeugs und insbesondere eines Satelliten erzeugt wird.
  • Beim Betrieb eines Raumfahrzeugs in der Umlaufbahn strahlen eine Reihe von elektrischen und elektronischen Bordausrüstungen eine Wärmemenge ab, wobei diese Menge auf die zugehörige Leistung dieser Ausrüstungen bezogen ist und sich bei einigen leistungsstarken Ausrüstungen als groß erweisen kann. Um die thermische Umgebung dieser Ausrüstungen in Temperaturbereichen zu halten, die mit ihrer Funktionsweise und ihren Leistungen kompatibel sind, ist es erforderlich, eine Wärmetauschvorrichtung vorzusehen, um diese Wärme zu sammeln, zu transportieren und anschließend in den Weltraum abzuführen.
  • Heute ist eine Reihe von Systemen bekannt, die diesen Wärmetausch vornehmen. Diese Systeme beinhalten eine Vorrichtung für den Transport und die Verteilung der Wärme sowie eine Vorrichtung zum Wärmetausch per Abstrahlung. Das Prinzip der Wärmetransportvorrichtung beruht auf der Nutzung eines Mediums, das zwischen dem warmen Bereich, wo die thermische Leistung abgegeben wird, und einem kälteren Bereich zirkuliert, wo diese durch das Medium aufgenommene Wärmeleistung per Abstrahlung durch einen oder mehrere feststehende oder ausfahrbare Strahler nach außen abgeführt wird. Das Funktionsprinzip der Vorrichtungen beruht also auf deren Transport- und Austauschfähigkeit sowie bei Zweiphasensystemen auf den Verdampfungs-/Kondensationseigenschaften des Mediums (latente Wärme des Medium.
  • Das Wärmerohr ist eine erste bekannte Vorrichtungsart für den Wärmetransport. Dieses System beinhaltet ein starres Metallrohr (beispielsweise aus Aluminium), in welchem ein Kühlmedium (im Allgemeinen Ammoniak) zirkuliert und nutzt die Phasenwechseleigenschaften Flüssig-Dampfförmig sowie die Kapillaritätseigenschaften der Flüssigkeiten. So ist ein Wärmerohr ein geschlossenes Zweiphasensystem, in dem der auf der Ebene des warmen Bereichs (so genannter Verdampfungsbereich) erzeugte Dampf hin zu einem kälteren Bereich (wo der Druck niedriger ist) abgesaugt wird und sich dort an der Metallwand des Rohres niederschlägt. Die flüssige Phase des verwendeten Mediums gleitet entlang der Metallwand des Rohrs in umgekehrter Fließrichtung der Dampfphase des Mediums, die in der Mitte des Rohrs eingeschlossen bleibt. Dieser Rückfluss des Mediums entlang der Wand wird durch eine kapillare Struktur (Docht oder Längsrillen) gewährleistet, welche die beiden Enden des Rohres verbindet und gleichzeitig die Rolle einer Kapillarpumpe und eines Separators der beiden Phasen Flüssig-Dampfförmig spielt.
  • Wärmetauschvorrichtungen auf Wärmerohrbasis werden häufig im Bereich der Satelliten verwendet, weisen jedoch zwei Haupteinschränkungen auf. Zunächst einmal erlaubt die mechanische Steifigkeit der Wärmerohre es nicht, ihren Einsatz für den Wärmetransport zu in der Umlaufbahn ausfahrbaren Abstrahlungsflächen (ausfahrbare Strahler) ins Auge zu fassen, die eine Rekonfiguration des Wärmewegs im Weltraum erfordern. Zweitens macht die Einschränkung ihrer Leistungen bezüglich ihrer Wärmetransportkapazität (in der Größenordnung von einigen Hundert W.m) und der Transportdistanz bei leistungsstarken Telekommunikationssatelliten die Verwendung anderer Vorrichtungen erforderlich, wo der Wärmetransport über größere Entfernungen erfolgen kann, entlang des komplexeren, bisweilen dreidimensionalen Wärmewegs, der im Flug rekonfigurierbar ist (Ausfahren von Strahlern) und wo die Transportfunktion etwaig durch mechanisches Pumpen aktiv unterstützt werden muss. Diese Wärmetauschvorrichtungen sind Vorrichtungen mit Fluidikschleife. Diese Schleifen können einphasig gepumpt, zweiphasig mit Kapillaraszension oder zweiphasig mit mechanischem Pumpen sein. Die Vorrichtungen mit Fluidikschleife bestehen aus drei Teilen: einem Verdampfer, einem Strahler und elastischen oder starren Fluidikleitungen.
  • Vorrichtungen mit einphasiger Fluidikschleife haben ein Funktionsprinzip, das demjenigen einer Zentralheizung vergleichbar ist, die die Eigenwärme des Mediums nutzt. Das Kühlmittel (FreonTM, Wasser, Ammoniak, usw. ..) nimmt die von den Ausrüstungen abgegebene Leistung auf, wodurch seine Temperatur in der Nähe der Wärmequellen ansteigt und leitet diese Leistung durch Abkühlung in einen oder mehrere Strahler ab, ohne seinen physikalischen Zustand zu verändern. Die Beweglichkeit des Mediums wird durch ein aktives Pumpsystem gewährleistet. Dieses mechanische Pumpen, das von einer elektrisch gespeisten Pumpe durchgeführt wird, sorgt für den in der Schleife erforderlichen Durchsatz des Mediums. Die mechanischen Pumpen können neben ihrem Energieverbrauch Mikroschwingungen erzeugen, die bisweilen mit den anderen Ausrüstungen und Instrumenten an Bord des Satelliten kaum kompatibel sind. Außerdem können diese Pumpen auch eine für die Mission des Satelliten lästige Lebensdauer aufweisen, eine eingeschränkte Haltbarkeit infolge des vorzeitigen Verschleißes einiger mechanischer Teile innerhalb der Pumpe.
  • Die zweiphasigen Fluidikschleifen nutzen ebenso wie die Wärmerohre neben der Temperaturerhöhung die latente Verdampfungswärme des Mediums, um Wärme aufzunehmen und abzugeben. Das Kühlmittel ändert beim Zirkulieren in der Schleife somit seinen Zustand. Es verdampft, indem es die von den Ausrüstungen abgegebene Wärme auf der Ebene des Verdampfers aufnimmt, und kondensiert, indem es diese Wärme in einen oder mehrere Kondensatoren abgibt, die auf der Ebene des Strahlers liegen. Das Medium wird entweder passiv durch Kapillarität in der Schleife in Zirkulation versetzt oder mit Hilfe einer mechanischen Pumpe, die oberhalb des Verdampfers angeordnet ist. Die Phasen Dampfförmig und Flüssig sind getrennt, außer auf der Ebene des Kondensators und des Verdampfers, wo sie in die gleiche Richtung strömen, im Gegensatz zum Wärmerohr, in dem die beiden Phasen im gleichen Rohr in entgegen gesetzter Richtung zirkulieren. Diese Art von Vorrichtungen enthält nur auf der Ebene des Verdampfers eine kapillare Struktur.
  • Der Einsatz ausfahrbarer Strahler erweist sich als erforderlich, um die am Satelliten verfügbaren Ableitungsflächen zu erhöhen mit dem Zweck, die Kapazität der leistungsstarken Satelliten der neuen Generation betreffend die Wärmeabgabe durch Abstrahlung in den Weltraum zu steigern. Angesichts der Leistungen, die abzuleiten sind, sind die Flächen des Satellitenkörpers nämlich unzureichend. Das Prinzip des ausfahrbaren Strahlers besteht darin, die am Satelliten in ausgefahrener Position verfügbaren Abstrahlungsflächen zu erhöhen, es greift aber auch auf den Einsatz einer Fluidikschleife zurück, wie oben stehend dargestellt, um die abzuleitende Leistung vom Wärmerohrnetz, welches die abgebenden Ausrüstungen stützt, zu den Abstrahlungsflächen des ausfahrbaren Strahlers zu bringen, wobei gleichzeitig das Ausfahren des Strahlers vor dessen Inbetriebsetzung ermöglicht wird.
  • Bei leistungsstarken Satelliten, die das Vorhandensein ausfahrbarer Strahler erfordern, sind mehrere Architekturen für das Sammeln und den Transport der Wärme von den Ausrüstungen zu den ausfahrbaren Strahlern möglich. Entweder sammelt die Fluidikschleife die Wärme direkt am Fuß der Ausrüstungen und transportiert sie bis zu den Abstrahlungsflächen der Strahler, oder ein Wärmerohrnetz übernimmt das Sammeln der Wärme am Fuß der Ausrüstungen, transportiert sie zu den Austauschbereichen, wo die Fluidikschleifen sie rückgewinnen, um sie bis zum Strahler zu befördern. Die erste Lösung ist für einphasige Fluidikschleifen gut geeignet, während die zweite für alle Arten von Schleifen geeignet ist.
  • Im Rahmen der zweiten Lösung beinhaltet das Wärmerohrnetz ein erstes so genanntes primäres Wärmerohrnetz, das die abzuleitende Leistung der Ausrüstungen sammelt und in eine bevorzugte Richtung verteilt. Diese ersten Wärmerohre sind entweder in die sie tragende Platte integriert oder darauf angebracht. Ein zweites Wärmerohrnetz, das so genannte Koppelnetz (oder durchquerende Wärmerohre vom englischen „crossing" abgeleitet), koppelt die Wärmerohre des Primärnetzes untereinander entsprechend einer queren Richtung. Diese ersten Wärmerohre sind entweder in die sie tragende Platte integriert oder darauf angebracht. Die Fluidikschleife wird es ermöglichen, die Abstrahlungsfläche des ausfahrbaren Strahlers, wo der Kondensator der Fluidikschleife installiert ist, an die zwei Netze, nämlich Primärnetz und Koppelnetz, die die Wärme von den Ausrüstungen abziehen, thermisch zu koppeln. Wie oben erläutert beinhaltet die Fluidikschleife einen Verdampfer, der es ermöglicht, die abzuleitende Leistung der Wärmerohrnetze der Platten des Satelliten aufzufangen, eine Dampfleitung, um die abzuleitende Leistung zu einem Kondensator zu transportieren und eine Flüssigkeitsrückleitung, um den Verdampfer erneut zu versorgen. Ein Behälter oberhalb des Verdampfers ermöglicht die Lagerung der Flüssigkeit, die nicht in der Schleife zirkuliert. Der Kondensator ist mit dem Strahler verbunden, dessen thermo-optische Eigenschaften geeignet sind, die Ableitung der Leistung in die Außenumgebung zu gewährleisten. Die Dampf- und die Flüssigkeitsleitung können Schlauchleitungen sein, damit das Ausfahren des Strahlers möglich ist.
  • Die Effektivität des ausfahrbaren Strahlers (seine Ableitungsleistung) ist großzügig bezogen auf den effektiven Temperaturgradienten entlang des Wegs zwischen den ableitenden Ausrüstungen und der Abstrahlfläche. Ganz wichtig: je niedriger der Temperaturgradient, je wirksamer der Strahler. Außerdem: je kürzer der thermische Weg, umso niedriger der Gradient. Insbesondere die Betriebstemperatur des Verdampfers ist ein Schlüsselelement für die Wirksamkeit der Schleife.
  • Nun, da der Wärmetausch hauptsächlich durch Leitung von den Ausrüstungen hin zur Abstrahlfläche des Strahlers abgesehen vom zweiphasigen Tausch in den Wärmerohren erfolgt, müssen alle Kontakt- und Austauschbereiche und -flächen sorgfältig zahlenmäßig minimiert, flächenmäßig maximiert und hinsichtlich der Qualität des thermischen Kontakts optimiert werden.
  • Zweck der Erfindung ist es also, eine Wärmetauschvorrichtung anzubieten, die eine optimale Nutzung der Strahler, insbesondere ausfahrbarer Strahler, durch Erhöhung der thermischen Ableitungsleistung des Satelliten ermöglicht und die Verbesserung der Effektivität des thermischen Wegs, wobei letztgenannte durch die Erhöhung von Kontaktflächen an den Knotenpunkten dieses thermischen Wegs erzielt wird.
  • Hierfür hat die Erfindung eine Wärmetauschvorrichtung zum Gegenstand, die mindestens einen in der Nähe der Wärmeabgabequelle eines Satelliten liegenden Wärmetauschkanal beinhaltet, so dass die Wärme, die die Quelle abzugeben im Stande ist, gesammelt wird, einen Verdampfer und einen Kondensator. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung
    • – sind der Verdampfer und der Kondensator durch Fluidikleitungen verbunden, so dass eine Fluidikschleife im Kontakt mit einem Wärmetauschkanalnetz gebildet wird,
    • – beinhaltet das Wärmetauschkanalnetz mindestens zwei Kopplungswärmerohre und mindestens ein Hauptwärmerohr in direktem Kontakt mit der Quelle,
    • – ist der Verdampfer parallel zwischen den beiden Kopplungswärmerohren angeordnet, wobei jede der Seiten des Verdampfers gegenüber den jeweiligen Wärmerohren thermisch an die Seite gegenüber dem Wärmerohr gekoppelt ist, und die Basis des Verdampfers, welche die dritte Seite bildet, an mindestens ein Hauptwärmerohr gekoppelt ist, so dass sie auf einem Teil ihres Verlaufs, eine maximale Fläche ihrer Außenwände in Berührung mit denjenigen der Wärmetauschkanäle aufweist.
  • So bringt die Erfindung ein Verdampfermodell, einen Anordnungs- und Integrationsprozeß für den Verdampfer der Fluidikschleife des ausfahrbaren Strahlers ein, sowie eine Satellitenarchitektur, die dem Verdampfer eine große Kontaktfläche bietet, und zwar entweder mit einem primären Wärmerohr oder den primären Wärmerohren oder einem Wärmerohr oder den Wärmerohren des Koppelnetzes.
  • Gemäß einer Ausführungsart der Erfindung ist die Hauptachse des Verdampfers parallel zu den Hauptachsen der beiden Koppelwärmerohre angeordnet, in deren Nähe er angeordnet ist. Jede der Seiten des Verdampfers gegenüber den Wärmerohren ist thermisch an die Seite gegenüber dem Wärmerohr gekoppelt, wobei diese Kopplung durch Oberflächenkontakt der Lamellen der Wärmerohre und des Verdampfers erfolgt.
  • Gemäß einer Ausführungsart der Erfindung hat der Verdampfer einen Querschnitt in rechtwinkliger Form, das heißt einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt.
  • Gemäß einer Ausführungsart der Erfindung hat der Verdampfer an den Seiten, die keinen Kontakt mit Wärmetauschkanälen aufweisen, Materialaussparungen.
  • Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsarten der Erfindung zutage, die zwecks Veranschaulichung und keinesfalls einschränkend angegeben werden.
  • In den folgenden Figuren:
  • stellt 1 ein Prinzipschaltbild einer zweiphasigen Fluidikschleife mit Kapillaraszension dar,
  • stellt 2 schematisch einen mit ausfahrbaren Strahlern versehenen Satelliten dar,
  • stellt 3 schematisch ein Wärmerohrnetz dar, an dem elektronische Ausrüstungen angeordnet sind, die an der Innenfläche einer Satellitenplatte angebracht sind,
  • stellt 4 eine schematische Schnittansicht einer Satellitenstruktur dar, die eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsart der Erfindung beinhaltet,
  • stellen die 5a, 5c und 5e schematisch perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsarten von Vorrichtungen gemäß der Erfindung dar, während Figur 5b, 5d und 5f eine Schnittansicht der 5a, 5c beziehungsweise 5e darstellen, und die 6a bis 6c verschiedene Gestaltungen des Verdampfers gemäß der Erfindung veranschaulichen.
  • Bei all diesen Figuren tragen Elemente, welche die gleichen Funktionen erfüllen, die gleichen Referenznummern.
  • Nun werden wir das Prinzip der zweiphasigen Fluidikschleife mit Kapillaraszension im Zusammenhang mit 1 erläutern.
  • In 1 ist eine zweiphasige Fluidikschleife mit Kapillaraszension 10 zu sehen, die mindestens einen Verdampfer 11, mindestens einen Kondensator 12 und einen Behälter 13 beinhaltet. Als Strichpunktlinie und schematisch sind ebenfalls die Wärmequelle 14, das heißt die (nicht dargestellten) Wärme abgebenden Ausrüstungen an Bord eines Satelliten dargestellt, in deren Nähe sich der Verdampfer 11 befindet, und der Wärmeabfuhrbereich 15, der sich auf der Ebene einer (nicht dargestellten) ausfahrbaren Strahlerplatte des Satelliten befindet, und in dessen Nähe sich der Kondensator 12 befindet.
  • Der Behälter 13 für Kühlmedium 16, beispielsweise Ammoniak, versorgt mittels einer Leitung 17 die Schleife 10 mit Medium. Das Medium 16, im flüssigen Zustand, der in 1 durch Schraffierungen symbolisch dargestellt wird, strömt in den Verdampfer 11 ein, wo es verdampft wird. Der so erzeugte Dampf (in 1 durch Punkte dargestellt) wird über eine Transportleitung 18 zum Kondensator 12 befördert.
  • Der Dampf wird dann im Kondensator 12 zu Flüssigkeit kondensiert und kehrt über eine Transportleitung 19 zum Verdampfer zurück.
  • Der Verdampfer 11 hat innen eine Kapillarstruktur 11a. Er beinhaltet an seiner Innenfläche Längsrillen auf dem gesamten Umfang, die sich von einem Ende zum anderen seiner Länge erstrecken. So durchquert die in den Verdampfer 11 hineinkommende Flüssigkeit den Kapillardocht in Richtung Wand des Verdampfers, wo sich die abzuleitende Leistung befindet. Sie verdampft dann an der Oberfläche der Kapillarstruktur, wo sich Menisken bilden, die Kapillarkraft initiieren. Der Anstieg des Kapillardrucks im Docht ist proportional zur Oberflächenspannung des Mediums 16 und umgekehrt proportional zum Äquivalentradius der Menisken.
  • Beim Verlassen des Kapillardochts des Verdampfers 11 wird der Dampf also im Außenmantel des Verdampfers 11 gesammelt, an der direkten Grenzfläche zur Wärmequelle 14. Auf Grund des Pumpkapillardrucks in der Schleife 10 wird dieser Dampf anschließend in die Dampfleitung geleitet und strömt bis zum Kondensator 12.
  • Der Druckbehälter 13 dient insbesondere dazu, die Betriebstemperatur der Schleife 10 zu regeln, sowie für die Initiierung der Schleife 10.
  • Die Transportleitungen 18 und 19 sind einfache Rohre, die geringe Druckverluste induzieren und sie sind leicht; sie können wegen der ihnen innewohnenden Elastizität leicht gebogen werden. Sie haben einen Innendurchmesser zwischen 4 und 10 mm.
  • Der ausfahrbare Strahler wiederum beinhaltet eine oder mehrere untereinander durch nicht dargestellte Mittel verbundene Platten. Diese Platten sind ursprünglich (vor dem Start des Satelliten auf seine Umlaufbahn) entlang des Körpers des Satelliten übereinander geklappt. Nach dem Start des Satelliten und seinem Verbringen in die Umlaufbahn, werden diese Platten ausgefahren, so dass sie eine große Wärmeabfuhrfläche bilden, somit ihre Ableitungsfähigkeit maximieren und sie sind so angeordnet, dass sie den einfallenden Strahlen der Sonne einen minimalen Sichtfaktor bieten, um die eintretenden Wärmeströme, die die Leistung des Strahlers beeinträchtigen, zu minimieren.
  • Für diese Art von Satelliten ist die für die Abfuhr der Wärme erforderliche Gesamtabstrahlungsfläche sehr groß, typischerweise in der Größenordnung von 60 m2. Die ausfahrbaren Strahler werden beispielsweise in der Verlängerung der feststehenden Platten des Satelliten parallel zur Ebene der Umlaufbahn angeordnet.
  • Zwecks Illustration einer typischen Position der ausfahrbaren Strahler in einem Satelliten hat man in 2 schematisch einen Satelliten 50 dargestellt, der mit vier ausfahrbaren Strahlern 51 ausgestattet ist (in 2 sind lediglich drei sichtbar). Bei diesen ausfahrbaren Strahlern handelt es sich zwecks Vereinfachung der Illustration um Ein-Platten-Strahler, aber diese können durch Mehr-Platten-Strahler ersetzt werden.
  • 3 stellt ein Wärmerohrnetz an einer Platte 20 eines Kommunikationsmoduls dar, wobei an diesem Netz einige ableitende Ausrüstungen installiert sind, deren Vorhandensein auf der Ansicht durch ihren Abdruck 21 auf den Wärmerohren materialisiert wird. Unter diesen Ausrüstungen werden für gewöhnlich so genannte ATOP („Amplificateurs à Tubes à Ondes Progressives", Wanderfeldröhrenverstärker) (oder TWTA für das englische „Travelling Wave Tube Amplifier") integriert, wobei die Aufgabe letzterer die Ultrahochfrequenzverstärkung von Signalen vor deren erneuter Ausstrahlung in Richtung Erde ist.
  • Diese Rohre werden jeweils getragen von einem oder den Wärmerohren 22 für Transport und Verteilung der vom Rohr freigesetzten Wärme. Diese Wärmerohre 22 gehören zu einem Wärmerohrhauptnetz, sind in die Strukturplatte des Moduls 20 integriert oder werden von diesem gestützt und sind alle gemäß einer ersten bevorzugten Richtung parallel. Ein Koppelwärmerohrpaar 23 kreuzt sämtliche Wärmerohre 22 gemäß einer queren Richtung. Dieses Wärmerohrpaar beinhaltet zwei Koppelwärmerohre 220 und 221, zwischen denen ein Verdampfer 223 angeordnet ist.
  • 4 stellt eine Schnittansicht des Moduls 20 dar. Die Wärmetransportleitungen 18 und 19 verbinden den Verdampfer 223, der möglichst nah an der Wärmequelle, welche die abstrahlende Ausrüstung ist, angeordnet ist, mit dem Wärmeabfuhrbereich, der auf der Ebene einer ausfahrbaren Strahlerplatte des Satelliten liegt, und in dessen Nähe sich ein Kondensator 12 befindet, der wiederum aus zwei Kondensatorleitungen 121 und 122 gebildet wird, die parallel geschaltet sind.
  • Die 5a, 5b und 5c stellen schematisch perspektivische Ansichten von Ausführungsarten einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dar, während die Figuren 5b, 5d und 5e Schnittansichten der 5a, 5b beziehungsweise 5c darstellen. In 5a werden schematisch drei ATOP-Verstärker 21 mit strahlendem Sammler dargestellt, die jeweils auf zwei Wärmerohren des Primärnetzes angebracht sind. Diese Wärmerohre kreuzen Koppelwärmerohre 220, 221. Wie dargestellt ist zwischen diese Koppelwärmerohre der Verdampfer 223 eingeschoben. Diese sinnvolle Anordnung ermöglicht es, eine optimale Kontaktfläche 25 für die Wärmeübertragung zum Kondensator 12 zu nutzen. Gemäß dieser Ausführungsart hat der Verdampfer drei Nutzkontaktflächen.
  • In Figur 5c werden schematisch drei ATOP-Verstärker 21 mit konduktivem Sammler dargestellt, die parallel zum primären Wärmerohrnetz angebracht sind, sowie weitere ableitende Ausrüstungen wie beispielsweise Festkörperzustand-Verstärker 26 („Solid State Power Amplifier" oder SSPA auf Englisch) und Filter 27. In Figur 5e werden schematisch drei ATOP-Verstärker 21 mit konduktivem Sammler dargestellt, die senkrecht zum primären Wärmerohrnetz angebracht sind.
  • Man versteht, dass die Erfindung aus den Nutzkontaktflächen für die Rückgewinnung der von der Ausrüstung übertragenen Wärme Nutzen zieht. Ausgehend von dieser Feststellung haben die Forschungsteams der Patentanmelderin verschiedene Formen und Konfigurationen zur Gestaltung des Verdampfers ausgearbeitet, wobei nicht nur die gewollte Optimierung hinsichtlich des Auffangens der Wärme, sondern auch hinsichtlich des Gewichts und anderer kritischer Faktoren angestrebt wurde.
  • Während 6c die Form des Verdampfers von den 4 und 5 übernimmt, illustriert 6a somit einen Verdampfer, dessen obere Seite, die keine Nutzseite ist, da sie weder mit einem Wärmerohr noch mit einer anderen Wärmequelle in Berührung steht, extrudiert wurde, nämlich Materialaussparungen hat. Der Verdampfer aus 6b übernimmt das gleiche Aussparungsprinzip, aber auf zwei Seiten des Verdampfers (eine obere Seite und eine seitliche) angewandt. In der Tat ist es so, dass, so sehr die Wände der Seiten des Verdampfers in Kontakt mit den Wänden der Wärmerohre maximiert werden müssen, die Seiten, die keinen Austausch bewirken, genau so sehr minimiert werden müssen, was einen zusätzlichen Gewichtsverringerungseffekt ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die soeben beschriebenen Ausführungsarten beschränkt. Somit ist sie nicht auf die Ausrüstungen beschränkt wie sie oben stehend genannt sind. Die ATOP-Verstärker können ebenfalls mit konduktivem Sammler sein und längs zum primären Wärmerohrnetz angebracht sein oder quer zum primären Wärmerohrnetz angebracht sein. Die Ausrüstungen können auch Leistungsumwandler, Versorgungen, rauscharme Leistungsverstärker, Vorverstärker, Festzustand-Verstärker, Filter, Ausrüstungen, die auf die Plattform des Satelliten zugeschnitten sind oder jegliche sonstigen Wärme ableitenden Ausrüstungen an Bord von Raumfahrzeugen sein.
  • Außerdem erfolgt wie oben erläutert die Kopplung per Oberflächenkontakt zwischen jeder der Wände der Nutzseiten des Verdampfers mit den jeweiligen Wänden der Wärmerohre gegenüber auf der Gesamtheit der kleineren der beiden gegenüber liegenden Flächen. Bei den beschriebenen Ausführungsarten sind die Wände des Verdampfers größer als diejenigen der Wärmerohre. Trotzdem kann die umgekehrte Situation auftreten.
  • Außerdem kann man sich jegliche andere Art einer Aussparungskonfiguration als die aus 6a und 6b vorstellen.
  • Abschließend kann man jegliches Mittel durch ein gleichwertiges Mittel ersetzen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (4)

  1. Wärmetauschvorrichtung, die mindestens einen in der Nähe der Wärmeabgabequelle (21) eines Satelliten liegenden Wärmetauschkanal (22, 220, 221) beinhaltet, so dass die Wärme, die die Quelle abzugeben im Stande ist, gesammelt wird, einen Verdampfer (223) und einen Kondensator (12), – wobei der Verdampfer (223) und der Kondensator (12) durch Fluidikleitungen (18, 19) verbunden sind, so dass eine Fluidikschleife (10) im Kontakt mit einem Wärmetauschkanalnetz gebildet wird, – wobei das Wärmetauschkanalnetz mindestens zwei Kopplungswärmerohre (220, 221) und mindestens ein Hauptwärmerohr (22) in direktem Kontakt mit der Quelle (21) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass – der Verdampfer (223) parallel zwischen den beiden Kopplungswärmerohren (220, 221) angeordnet ist, wobei jede der Seiten des Verdampfers (223) gegenüber den jeweiligen Wärmerohren (220, 221) thermisch an die Seite gegenüber dem Wärmerohr (220, 221) gekoppelt ist, und die Basis des Verdampfers (223), welche die dritte Seite bildet, an mindestens ein Hauptwärmerohr (22) gekoppelt ist, so dass sie auf einem Teil ihres Verlaufs, eine maximale Fläche (25) ihrer Außenwände in Berührung mit denjenigen der Wärmetauschkanäle aufweist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der jede der Seiten des Verdampfers gegenüber den jeweiligen Kanälen thermisch an die Seite gegenüber dem Kanal gekoppelt ist, wobei diese Kopplung durch Oberflächenkontakt der Lamellen der Kanäle und des Verdampfers erfolgt.
  3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Verdampfer eine rechtwinklige Form hat, das heißt einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Verdampfer an den Seiten, die keine Kontaktflächen mit einem Wärmetauschkanal aufweisen, Materialaussparungen hat.
DE60305235T 2002-05-30 2003-04-16 Wärmetauschvorrichtung mit Verdampfer für Satellit Expired - Lifetime DE60305235T2 (de)

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