FR2463058A1 - Earth satellite heating control - has two heat radiators operated by sun position connected by tube to heat insulated panel - Google Patents

Earth satellite heating control - has two heat radiators operated by sun position connected by tube to heat insulated panel Download PDF

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Abstract

The heating control system for an earth satellite includes a panel which is thermally insulated from the atmosphere within which it is located. Connected to this panel is one or more heat transfer tubes (4) connected between two cooling members (6,8). These cooling members are mounted respectively on two heat radiators (10,12). One radiator (10) is a north radiator, and the other is a south radiator. Both radiators incorporate heat exchanger tubes (14). These two radiators discharge heat (PV1) from the insulated panel and also the heat (PV2 and PV3) from the two cooling systems. Their operation varies with the position of the sun, so that the total heat discharged remains the same at all times.

Description

INSTALLATION ASSURANT SANS REGLAGE
L'EVACUATION DE LA CHALEUR ET LA STABILISATION
DE LA TEMPERATURE.
INSURING INSTALLATION WITHOUT ADJUSTMENT
DISCHARGE OF HEAT AND STABILIZATION
OF THE TEMPERATURE.

La présente invention a pour objet une installation assurant sans réglage l'évacuation de la chaleur et la st ,abilisation de la température dans un élément de construction susceptible de rayonner de la chaleur, tel en particulier qu'un élément monté sur le panneau d'un satellite regardant la terre, élément qui est relié à un tube de chaleur relié lui-même à un radiateur. The present invention relates to an installation ensuring without adjustment the heat dissipation and the st, temperature stabilization in a building element capable of radiating heat, such as in particular an element mounted on the panel. a satellite looking at the earth, an element which is connected to a heat tube connected itself to a radiator.

Sur le panneau-terre des satellites sont montés des composants électriques rayonnant une chaleur considérable mais qui doivent, en même temps fonctionner à l'intérieur d'une gamme de températures étroite, ce panneau-terre ne pouvant lui-même rayonner aucune chaleur. La chaleur apparaissant dans de tels éléments de construction est transmise dans les dispositifs actuels par un tube de chaleur à l'un des radiateurs latéraux. Etant donné que la charge de ce radiateur varie sous l'effet du rayonnement solaire variable et des dissipations d'énergie variables provenant du radiateur luimême, on est obligé d'atteindre la stabilisation de la tenpérature de l'élément de construction ou des composants du panneau-terre par l'intermédiaire d'un système régulateur et d'un dispositif de chauffage auxiliaire.Ceci présente les inconvénients d'une utilisation seulement partielle des surfaces utiles du radiateur et du poids supplémentaire des batteries, des systèmes régulateurs et des dispositifs de chauffage. On the earth panel of the satellites are mounted electrical components radiating considerable heat but which must, at the same time operate within a narrow temperature range, this earth panel itself being unable to radiate any heat. The heat appearing in such construction elements is transmitted in current devices by a heat tube to one of the side radiators. Since the charge of this radiator varies under the effect of variable solar radiation and variable energy dissipations coming from the radiator itself, it is necessary to achieve stabilization of the temperature of the building element or of the components of the panel-earth via a regulating system and an auxiliary heating device. This has the disadvantages of only partial use of the useful surfaces of the radiator and the additional weight of the batteries, regulating systems and heater.

C'est pourquoi l'invention se propose de simplifier le refroidissement et la stabilisation de la température des éléments de construction qui sont isolés thermiquement de l'environnement extérieur, de manière à assurer une économie en poids ainsi qu'à utiliser au maximum les surfaces de radiateur existantes. This is why the invention proposes to simplify the cooling and stabilization of the temperature of the construction elements which are thermally isolated from the external environment, so as to ensure a saving in weight as well as to use the surfaces as much as possible. of existing radiators.

On a résolu le problème ainsi posé en associant, conformément à l'invention, deux refroidisseurs ou absorbeurs de chaleur au tube de chaleur relié à l'élément de construction rayonnant de la chaleur, l'un de ces refroidisseurs étant relié à un radiateur Sud et l'autre à un radiateur Nord, les radiateurs étant disposés de telle manière sur le satellite que la somme de leurs charges produites par le rayonnement solaire et par les pertes de chaleur soit sensiblement constante. The problem thus posed has been solved by associating, in accordance with the invention, two coolers or heat absorbers to the heat tube connected to the heat radiating construction element, one of these coolers being connected to a South radiator. and the other to a North radiator, the radiators being arranged in such a way on the satellite that the sum of their charges produced by solar radiation and by heat losses is substantially constant.

L'évacuation d'une chaleur PV1 à partir d'un composant du panneau-terre est effectuée par un ou plusieurs tubes de chaleur de manière à ce que les chaleurs dissipées soient appliquées au radiateur Nord ou bien au radiateur Sud ou bien partiellement à chacun de ces radiateurs, suivant la charge PV2, PV3 de ces refroidisseurs telle qu'elle est déterminée par le soleil et leurs pertes de chaleur propres.La charge totale des deux radiateurs a toujours la même valeur à l'intérieur d'une certaine gamme de fluctuations, à savoir Soleil + PVi + PV2 + PV3 tandis que les chaleurs perdues PV1 se répartissent en proportions variant avec la charge et le niveau de la température dans les deux radiateurs : par suite, l'exigence d'une stabilisation de la température du composant se trouve satisfaite sans qu'il soit nécessaire de recourir à un système de réglage ou à un dispositif de chauffage indépendant. L'évacuation de la chaleur se fait par un tube de chaleur aboutissant à au moins deux refroidisseurs qui sont placés respectivement près des radiateurs Nord et Sud, la source de chaleur à évacuer

Figure img00020001

située entre les deux refroidisseurs.The evacuation of a PV1 heat from a component of the earth panel is carried out by one or more heat tubes so that the dissipated heat is applied to the North radiator or to the South radiator or else partially to each of these radiators, according to the load PV2, PV3 of these coolers as determined by the sun and their own heat losses. The total charge of the two radiators always has the same value within a certain range of fluctuations, namely Sun + PVi + PV2 + PV3 while the heat lost PV1 is distributed in proportions varying with the load and the temperature level in the two radiators: consequently, the requirement of a stabilization of the temperature of the component is satisfied without the need for an independent control system or heater. The heat is dissipated by a heat tube leading to at least two coolers which are placed respectively near the North and South radiators, the heat source to be evacuated
Figure img00020001

located between the two coolers.

L'évacuation de la chaleur et la stabilisation de la température sont obtenues ainsi sans réglage et les surfaces des radiateurs sont utilisées au maximum. Tout chauffage ultérieur pour stabiliser la température devient inutile, puisque la charge totale des deux radiateurs demeure toujours la même. Heat dissipation and temperature stabilization are thus achieved without adjustment and the radiator surfaces are used to the maximum. Any subsequent heating to stabilize the temperature becomes unnecessary, since the total charge of the two radiators always remains the same.

On obtient par les moyens préconisés les avantages suivants
- Suppression des dispositifs de chauffage et des énergies thermiques, ce qui signifie économie en poids.-
- Réduction des surfaces des radiateurs et par suite encore économie en poids.
The following advantages are obtained by the recommended means
- Elimination of heating devices and thermal energies, which means saving in weight.
- Reduction of radiator surfaces and therefore further saving in weight.

- Fiabilité élevée grâce à l'absence de tout réglage électronique. - High reliability thanks to the absence of any electronic adjustment.

- Bonne compatibilité électromagnétique. - Good electromagnetic compatibility.

- Possibilité de modifier l'emplacement des composants sur le panneau-terre. - Ability to change the location of components on the ground panel.

- Possibilité d'une bonne vérification du système à tubes de chaleur dans le champ de gravitation. - Possibility of a good verification of the heat tube system in the gravitational field.

D'autres avantages, caractéristiques et applications possibles de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante des dessins ci-joints où
La Fig. 1 représente le montage de principe du dispositif conforme à l'invention, la structure du satellite proprement dit n'étant pas dessinée pour raisons de clarté.
Other advantages, characteristics and possible applications of the invention will appear on reading the following description of the accompanying drawings, in which
Fig. 1 shows the basic arrangement of the device according to the invention, the structure of the satellite itself not being drawn for reasons of clarity.

Les Figs 2 et 3 représentent des variantes de ce dispositif. Figs 2 and 3 show variants of this device.

La Fig. 1 représente,sur un satellite qui n'est pas dessiné, un panneau-terre isolé thermiquement de l'environnement extérieur et qui se trouve, dans le dispositif conforme à l'invention, au contact direct d'un ou plusieurs tubes de chaleur 4. Ces tubes 4 présentent à leurs extrémités des refroidisseurs 6,8, l'un de ces refroidisseurs 6 étant raccordé au radiateur de tubes de chaleur Nord 10 et le refroidsseur 8 au radiateur à tubes de chaleur Sud 12. Les radiateurs 10,12 sont constitués chacun par la réunion de plusieurs tubes de chaleur 14 et sont soumis à l'action variable du soleil. Fig. 1 represents, on a satellite which is not drawn, a ground panel thermally insulated from the external environment and which is, in the device according to the invention, in direct contact with one or more heat tubes 4 These tubes 4 have at their ends coolers 6,8, one of these coolers 6 being connected to the heat tube radiator North 10 and the cooler 8 to the heat tube radiator South 12. The heaters 10,12 are each made up of several heat tubes 14 and are subjected to the variable action of the sun.

Les radiateurs 10 et 12 servent en premier lieu à l'évacuation des chaleurs perdues
PV2 et PV3 comme représenté schématiquement aux dessins. Ils servent également à l'évacuation de l'énergie thermique PV1 apparaissant sur le panneau-terre 2 et de plus à la stabilisation des températures des composants sur le panneau-terre.
The radiators 10 and 12 are used primarily for the evacuation of waste heat
PV2 and PV3 as shown schematically in the drawings. They also serve for the evacuation of the thermal energy PV1 appearing on the ground panel 2 and moreover for the stabilization of the temperatures of the components on the ground panel.

Pour faciliter la compréhension de ces phénomènes, on a dessiné en Fig. 1 deux positions du soleil en 16 et en 18. On va expliquer ci-après avec plus de détail en se basant sur ces positions du soleil le fonctionnement de l'objet de l'invention. To facilitate understanding of these phenomena, we have drawn in FIG. 1 two positions of the sun in 16 and 18. We will explain below in more detail based on these positions of the sun the operation of the object of the invention.

On sait que, pour un tube de chaleur, l'emplacement des sources de chaleur et des refroidisseurs peut varier avec le temps. On sait aussi qu'un tube de chaleur peut avoir simultanément plusieurs sources de chaleur et refroidisseurs. It is known that, for a heat tube, the location of heat sources and coolers can vary over time. It is also known that a heat tube can have several heat sources and coolers simultaneously.

Si le soleil se trouve à la position représentée en 16 et si la charge thermique
PV3 interne du radiateur 12 est élevée pendant que celle PV2 du radiateur 10 est faible, ou presque nulle, le radiateur 12 est déjà parvenu à sa charge maxima admissible sans que les chaleurs perdues en PV1 puissent encore être évacuées vers le radiateur 12.
If the sun is at the position shown in 16 and if the thermal load
Internal PV3 of the radiator 12 is high while that PV2 of the radiator 10 is low, or almost zero, the radiator 12 has already reached its maximum admissible load without the heat lost in PV1 being able to be evacuated further to the radiator 12.

La chaleur PV1 s'écoule alors vers le radiateur 10 en même temps éventuellement qu'une fraction de PV3.The PV1 heat then flows to the radiator 10 possibly together with a fraction of PV3.

Ce que l'on vient de décrire est valable à l'inverse, lorsque le soleil se trouve en 18 et que seul le radiateur 10 reçoit son rayonnement de telle sorte que sa charge thermique PV2 atteint sa valeur maxima tandis que la charge P5L est faible ou presque nulle ; dans ce cas, la chaleur de PV1 s'écoule vers le radiateur 12 , en même temps éventuellement qu'une fraction de PV2. What has just been described is valid conversely, when the sun is at 18 and only the radiator 10 receives its radiation so that its thermal load PV2 reaches its maximum value while the load P5L is low or almost zero; in this case, the heat of PV1 flows to the radiator 12, possibly together with a fraction of PV2.

E ntre les deux cas extrêmes rappelés ci-dessus, on peut ensager toutes les conditions intermédiaires

Figure img00030001

lesqu elles PV1 s'écoule partiellement dans chacun des deux radiateurs 10,12. Dans le cas de ces conditions intermédiaires, le tube de- chaleur 4 présente à chaque extrémité en 6 et en 8, un refroidisseur, à savoir deux refroidisseurs en tout.Between the two extreme cases mentioned above, we can understand all the intermediate conditions
Figure img00030001

which PV1 partially flows in each of the two radiators 10,12. In the case of these intermediate conditions, the heat tube 4 has at each end at 6 and 8, a cooler, namely two coolers in all.

Suivant le principe gouvernant les tubes de chaleur, l'évacuation de la chaleur s effectue toujours au point le plus froid de telle sorte que la température des deux refroidisseurs tend à prendre la même valeur. I1 s'ensuit que l'on peut supprimer tout réglage particulier de la température des composants dégageant de la chaleur sur le panneau-terre. According to the principle governing the heat pipes, the heat is always removed at the coldest point so that the temperature of the two coolers tends to take the same value. It follows that any particular adjustment of the temperature of the components giving off heat on the ground panel can be eliminated.

Si les surfaces des radiateurs Nord et Sud d'un satellite ne suffisent pas pour l'évacuation de PV1. .. PV3 , il faut utiliser pour cette évacuation un ou plusieurs radiateurs supplémentaires. On peut arriver à ce résultat sur le panneau-terre lui-même ou encore par des radiateurs du côté Ouest ou Est. If the surfaces of the North and South radiators of a satellite are not sufficient for the evacuation of PV1. .. PV3, one or more additional radiators must be used for this evacuation. This can be achieved on the ground panel itself or by radiators on the west or east side.

Le dispositif de refroidissement et de stabilisation de la température fonctionne aussi lorsque, comme représenté en Fig. 2, le tube de chaleur 4 évacuant la chaleur présente sur un côté des composants A PV1 deux refroidisseurs dont les températures varient en fonction des pertes variables apparaissant en PV3 et en PV4 et du rayonnement solaire. Les radiateurs 12 et 20 de ces refroidisseurs présentent à cet effet des inclinaisons différentes par rapport au rayonnement solaire.  The cooling and temperature stabilization device also operates when, as shown in FIG. 2, the heat tube 4 dissipating the heat present on one side of the components A PV1 two coolers whose temperatures vary as a function of the variable losses appearing in PV3 and in PV4 and in solar radiation. The radiators 12 and 20 of these coolers have for this purpose different inclinations with respect to solar radiation.

L'évacuation de la chaleur avec stabilisation automatique de la température a lieu également lorsque, comme représenté en Fig. 3, l'un des radiateurs est remplacé par un autre refroidisseur dont la température est soumise à certaines fluctuations. On peut utiliser notamment un circuit réfrigérant 22 susceptible d'évacuer des quantités variables de chaleur, par exemple, par ouverture et fermeture de circuits partiels s'étendant entre les soupapes 24, la température du circuit subissant également ainsi des fluctuations de température qui ne pourraient être compensées que par un système compliqué de réglage et de chauffage. C'est pourquoi au lieu du raccord direct avec le radiateur 10, c'est l'échangeur de chaleur 26 que l'on a relié au tube de chaleur 4. Heat dissipation with automatic temperature stabilization also takes place when, as shown in Fig. 3, one of the radiators is replaced by another cooler whose temperature is subject to certain fluctuations. It is possible in particular to use a refrigerant circuit 22 capable of evacuating variable amounts of heat, for example, by opening and closing partial circuits extending between the valves 24, the temperature of the circuit also thus undergoing temperature fluctuations which could not be compensated only by a complicated system of regulation and heating. This is why instead of the direct connection with the radiator 10, it is the heat exchanger 26 which has been connected to the heat tube 4.

Dans le circuit réfrigérant 22 est intercalée, en plus des soupapes commandées 24, une pompe 28 ainsi qu'un autre échangeur de chaleur 30 constituant le refroidisseur pour le circuit réfrigérant 22.In the refrigerant circuit 22 is interposed, in addition to the controlled valves 24, a pump 28 as well as another heat exchanger 30 constituting the cooler for the refrigerant circuit 22.

Le mode de refroidissement décrit ci-dessus et comportant un circuit réfrigérant et un radiateur complémentaire peut être utilisé notamment pour l'exécution d'expériences dans l'espace.  The cooling method described above and comprising a cooling circuit and an additional radiator can be used in particular for the execution of experiments in space.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1 Dispositif d'évacuation de la chaleur et de stabilisation de la température dans un1 Device for dissipating heat and stabilizing the temperature in a élément de construction rayonnant de la chaleur et associé à un tube de chaleur et building element radiating heat and associated with a heat tube and à un radiateur caractérisé par le fait que le tube de chaleur relié à cet élément de to a radiator characterized in that the heat tube connected to this element of construction s'étend au-delà des bords de cet élément de construction et est associé construction extends beyond the edges of this construction element and is associated à au moins deux refroidisseurs. at least two coolers. 2 Dispositif d'évacuation de la chaleur de stabilisation de la température suivant la2 Heat stabilization heat dissipation device according to the revendication 1 destiné plus particulièrement aux composants portés par le panneau claim 1 intended more particularly for the components carried by the panel terre d'un satellite et reliés à un tube de chaleur et à un radiateur, ce dispositif earth from a satellite and connected to a heat tube and a radiator, this device étant caractérisé par le fait que le tube de chaleur relié à ce composant ou autre being characterized by the fact that the heat tube connected to this component or other élément de construction aboutit à deux refroidisseurs dont l'un est relié à un radiateur construction element leads to two coolers, one of which is connected to a radiator Sud et l'autre à un radiateur Nord, ces derniers radiateurs étant montés sur le South and the other to a North radiator, these latter radiators being mounted on the satellite de telle manière que la somme de leur charge thermique produite par le satellite in such a way that the sum of their thermal load produced by the rayonnement solaire et par les chaleurs perdues ( Soleil + PV1 + PV2 + PV3) solar radiation and lost heat (Sun + PV1 + PV2 + PV3) soit constante.  be constant.
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