JP2002046700A - Spacecraft heat dissipation apparatus using heat pipe including medium temperature working fluid - Google Patents
Spacecraft heat dissipation apparatus using heat pipe including medium temperature working fluidInfo
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星及び宇宙
船分野に関係し、特に、宇宙船及び人工衛星の冷却シス
テムを構成し、中温度(medium temperature)作業流体
を含む熱パイプ網を使用する熱放散装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of satellites and spacecraft, and more particularly to a cooling system for spacecrafts and satellites, which uses a network of heat pipes containing a medium temperature working fluid. To a heat dissipating device.
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明の譲受人は、宇宙船や静止及び低
高度地球軌道衛星を製造し、展開している。この様な宇
宙船は熱パイプを有し、熱が発生する部品や副システム
から熱放散する為に使用されている。熱パイプは、熱が
発生する部品や副システムから宇宙空間に放散する宇宙
船冷却パネルへと熱エネルギーを送る。例えば、従来の
宇宙船放熱パネルの参考資料として、フレッシャー(Fl
etcher)に付与された米国特許第3749156号、マッキー
(Mackey)に付与された米国特許第5351746号、ワッツ
(Watts)に付与された米国特許第5806803号等が開示さ
れている。BACKGROUND OF THE INVENTION The assignee of the present invention manufactures and deploys spacecraft and geostationary and low earth orbit satellites. Such spacecraft have heat pipes and are used to dissipate heat from components and subsystems that generate heat. Heat pipes transfer thermal energy from the heat-generating components and subsystems to spacecraft cooling panels that dissipate into space. For example, as a reference material for a conventional spacecraft radiator panel,
U.S. Pat. No. 3,749,156 to etcher, U.S. Pat. No. 5,351,746 to Mackey, U.S. Pat. No. 5,806,803 to Watts, and the like are disclosed.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】アンモニア熱パイプ
は、初期の宇宙船技術に多用されたが、例えばパワーブ
ースやRF装置等の熱源から熱を移動及び分散させるこ
とに使用され、相対的に低温、つまり−20℃〜+70
℃の範囲で動作している。従来のアンモニア熱パイプの
動作範囲を超える環境に相当する上記温度超える環境、
つまり+80℃〜+180℃の如き温度範囲で動作する
熱源から引き出された熱を放散するために、初期技術で
は、膨大なヒートシンクを使用して回避していた。この
様な膨大なヒートシンクは宇宙船にとって不必要な重量
を加え、相対的に非効率である。そこで、宇宙船及び人
工衛星の冷却システムに含まれる、中温度作業流体を含
んだ熱パイプ網を使用した熱放散装置の供給を本発明の
目的とする。Ammonia heat pipes, often used in early spacecraft technology, are used to transfer and disperse heat from heat sources, such as power booths and RF equipment, and are used at relatively low temperatures. That is, -20 ° C to +70
Operates in the temperature range. An environment exceeding the above temperature, which corresponds to an environment exceeding the operating range of the conventional ammonia heat pipe,
That is, in order to dissipate the heat extracted from the heat source operating in the temperature range of + 80 ° C. to + 180 ° C., the initial technology used a large heat sink to avoid the heat. Such massive heat sinks add unnecessary weight to the spacecraft and are relatively inefficient. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a heat dissipation device that uses a heat pipe network containing a medium temperature working fluid, which is included in a spacecraft and a satellite cooling system.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記及び他の目的を達成
するために、本発明は宇宙船や人工衛星に使用される熱
放散装置を供給する。熱放散装置は、中温度作業流体、
例えばトルエン等の流体、を含んだ1本以上の熱パイプ
網から構成されている。熱放出装置は、中温度作業流体
を有する熱パイプ網構成され、トルエンベースの熱パイ
プは、概して+80℃〜+180℃の温度範囲の如き相
対的に高動作温度で動作する熱源から供給された熱を効
率良く放散する。SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above and other objects, the present invention provides a heat dissipation device for use in spacecraft and satellites. Heat dissipation device, medium temperature working fluid,
For example, it is composed of one or more heat pipe networks containing a fluid such as toluene. The heat release device comprises a network of heat pipes having a medium temperature working fluid, wherein the toluene-based heat pipes are provided with heat supplied from a heat source operating at a relatively high operating temperature, typically in the temperature range of + 80C to + 180C. To dissipate efficiently.
【0005】トルエンベース熱パイプ網は、宇宙空間へ
と熱を放射する宇宙船冷却パネルによって熱を放散す
る。トルエンベース熱パイプ網は、従来のアンモニア熱
パイプの動作温度を超える温度で動作する部品によって
発生した熱を効率良く放散する。本発明により供給され
たトルエンベース熱パイプ網は、これまで宇宙船分野で
は使用されていなかった。本発明は、従来のヒートシン
ク方法以上に、大幅に重量削減に寄与する。[0005] Toluene-based heat pipe networks dissipate heat through spacecraft cooling panels that radiate heat into space. The toluene-based heat pipe network efficiently dissipates heat generated by components operating at temperatures above the operating temperature of conventional ammonia heat pipes. The toluene-based heat pipe network provided by the present invention has not heretofore been used in the spacecraft field. The present invention contributes significantly to weight reduction over conventional heat sink methods.
【0006】この様に、本発明は中温度作業流体を有す
る熱パイプを使用し、相対的に高温下、つまり+80℃
〜+180℃の範囲で動作する装置に由来する熱を運搬
及び分散させる。トルエンベース熱パイプを使用して高
温で動作する装置からの熱放散によって、宇宙船表面か
ら放射的熱移動を媒介して宇宙空間への熱廃棄は、非常
に改善され、高効率になる。As described above, the present invention uses a heat pipe having a medium temperature working fluid, and is used at a relatively high temperature, that is, at + 80 ° C.
Transports and disperses heat from equipment operating in the range of -180C. Heat dissipation from equipment operating at elevated temperatures using toluene-based heat pipes greatly enhances and improves the efficiency of heat rejection into space via radiative heat transfer from the spacecraft surface.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】本発明の様々な特徴と利用は、構
造物質等を示す参照番号を含む添付図面に関連した、以
下の詳細な説明を参照して容易に理解される。添付図面
を参照すると、図1は、本発明の原理に一致する熱放散
装置10であって、三軸安定構造の宇宙船30又は人工
衛星30に使用された例示的な宇宙船冷却システム10
を形成していることを示している。例示的な熱放散装置
10または宇宙船冷却システム10は、第1及び第2の
冷却パネル11a、11bを含んでいて、各パネルは1
本以上の熱パイプ群14、15を有し、熱パイプ網13
を形成している。冷却パネル11a、11bの位置は例
示的なものであり、宇宙船30のどの表面でも構わな
い。例えば、冷却パネル11a、11bを、東及び西、
北及び南、及び/又は船尾側及び地球側または宇宙船3
0の表面に配置しても構わない。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The various features and uses of the present invention will be readily understood by reference to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, including reference numerals indicating structural materials and the like. Referring to the accompanying drawings, FIG. 1 shows a heat dissipation device 10 consistent with the principles of the present invention, an exemplary spacecraft cooling system 10 used in a three-axis stable spacecraft 30 or satellite 30.
Is formed. An exemplary heat dissipating device 10 or spacecraft cooling system 10 includes first and second cooling panels 11a, 11b, each panel having one or more cooling panels.
A heat pipe network 13 having at least one heat pipe group 14, 15;
Is formed. The locations of the cooling panels 11a, 11b are exemplary and may be on any surface of the spacecraft 30. For example, the cooling panels 11a and 11b are east and west,
North and south, and / or stern and earth side or spacecraft 3
0 may be arranged on the surface.
【0008】図1に図示された発明の第1の実施例にお
いて、熱パイプ網13が各冷却パネル11a、11bの
内側及び外側パネル表層17、18間に挟み込まれてい
る。ハニカム芯材24は、内側及び外側パネル表層1
7、18間に配置され、その間に配置された各熱パイプ
網13を囲む。ハニカム芯材24は、熱パイプ網13と
対峙する表層17、18とを熱的に及び構造的に橋渡し
ている。In the first embodiment of the invention shown in FIG. 1, a heat pipe network 13 is sandwiched between the inner and outer panel surfaces 17, 18 of each cooling panel 11a, 11b. The honeycomb core material 24 is formed on the inner and outer panel surface layers 1.
7, 18 and surround each heat pipe network 13 arranged therebetween. The honeycomb core material 24 thermally and structurally bridges the heat pipe network 13 and the facing layers 17 and 18 facing each other.
【0009】各熱パイプ網13は、例えば、第1及び第
2熱パイプ群14、15、又は第1及び第2の熱パイプ
群の組み合わせ14、15、を基盤として整列されたも
のを有していて、伝熱材中に配置される。熱パイプ群1
4の第1セット(又は横方向の熱パイプ群14)は熱パ
イプ群15の第2セット(又は縦方向の熱パイプ群1
5)におおよそ垂直に配している。最初の実施例では、
熱放散部品25は、横向き熱パイプ群14の第1セット
に近接した位置で、第1及び第2の冷却パネル11a、
11bの内側パネル表層17にマウントされている。縦
向きの熱パイプ15の第2セットは、熱放散部品25か
ら各外側パネル表層18に伝導された熱を効率良く分配
する為に使用される。Each of the heat pipe networks 13 has, for example, an array based on the first and second heat pipe groups 14, 15 or the combination 14, 15 of the first and second heat pipe groups. And placed in the heat transfer material. Heat pipe group 1
4 (or the horizontal heat pipe group 14) is the second set (or the vertical heat pipe group 1) of the heat pipe group 15.
5) It is arranged almost vertically. In the first example,
The heat dissipating component 25 is located adjacent to the first set of lateral heat pipes 14 at the first and second cooling panels 11a,
11b is mounted on the inner panel surface layer 17. A second set of vertically oriented heat pipes 15 is used to efficiently distribute the heat conducted from the heat dissipating components 25 to each outer panel surface 18.
【0010】図2は、本発明における熱放散装置10の
模範的な第2の実施例の詳細図である。第2実施例で
は、図2に示されている様に、熱パイプ網13は、冷却
パネル11a、11bの外側表層に固定されている。第
2の実施例においては、熱放散部品25は、冷却パネル
11a、11bの内側表層に固定されている(図2中で
は冷却パネル11aの背面上に示されている)。FIG. 2 is a detailed view of a second exemplary embodiment of the heat dissipation device 10 of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the heat pipe network 13 is fixed to the outer surface layer of the cooling panels 11a and 11b. In the second embodiment, the heat dissipating component 25 is fixed to the inner surface layer of the cooling panels 11a, 11b (shown on the back surface of the cooling panel 11a in FIG. 2).
【0011】熱パイプ網13は、例えばトルエン等の中
温度作業流体を含んでいる。中温度作業流体の他の例と
して、例えば、メタノール、水、ブタン、ヘプタン、ペ
ンタン等が含まれる。熱放散装置10は、中温度作業流
体を含んでいて、トルエンベース熱パイプ網13は、熱
放散部品25から伝導された熱を効率良く放散する。熱
放散部品25は、相対的に高作動温度、つまり+80℃
〜+180℃の温度範囲、で動作する熱源を含んでい
る。The heat pipe network 13 contains a medium temperature working fluid such as, for example, toluene. Other examples of medium temperature working fluids include, for example, methanol, water, butane, heptane, pentane, and the like. The heat dissipation device 10 includes a medium temperature working fluid, and the toluene-based heat pipe network 13 efficiently dissipates the heat conducted from the heat dissipation component 25. The heat dissipating component 25 has a relatively high operating temperature, ie + 80 ° C.
Includes a heat source operating in the temperature range of ~ 180C.
【0012】トルエンベースの熱パイプ網13は、宇宙
空間に熱放射する冷却パネル11a、11bの外側パネ
ル表層18へ熱放散する。この様にして、トルエンベー
ス熱パイプ網13は、動作温度が従来のアンモニア熱パ
イプの動作温度範囲を超えている部品25により発生し
た熱を効率良く放散する。The toluene-based heat pipe network 13 dissipates heat to the outer panel surface layer 18 of the cooling panels 11a and 11b that radiates heat to outer space. In this way, the toluene-based heat pipe network 13 efficiently dissipates the heat generated by components 25 whose operating temperatures exceed the operating temperature range of conventional ammonia heat pipes.
【0013】[0013]
【発明の効果】本発明は、従来技術の欄で説明した膨大
なヒートシンクを用いた従来のヒートシンク方法以上に
大幅に重量削減を達成する。更に、トルエンベース熱パ
イプ網13の使用によって、本発明は従来の熱パイプシ
ステムよりも高温で動作する部品25から伝導された熱
を放散することが可能になる。その結果として、宇宙船
表面から熱放射を介して宇宙空間への熱廃棄は改善され
非常に高効率的になる。The present invention achieves a significant weight reduction over the conventional heat sink method using an enormous heat sink described in the background section. In addition, the use of a toluene-based heat pipe network 13 allows the present invention to dissipate heat conducted from components 25 that operate at higher temperatures than conventional heat pipe systems. As a result, the thermal waste into space via thermal radiation from the spacecraft surface is improved and very efficient.
【0014】この様に、熱放散装置は、宇宙船または人
工衛星の冷却システムに含まれ、開示された中温度作業
流体を含んだ熱パイプ網を使用する。上述の実施例は、
本発明の原理の応用が描く、複数の明確な実施例のうち
のいくつかを単に記載しただけであることを理解された
い。複数の及び他の構成は、発明の範囲から離れること
なく、当業者によって難なく考案されることは明らかで
ある。Thus, the heat dissipating device uses a network of heat pipes that are included in the spacecraft or satellite cooling system and contain the disclosed medium temperature working fluid. The above embodiment is
It is to be understood that some of several distinct embodiments have been described, merely as an application of the principles of the present invention. Obviously, multiple and other configurations can be devised without difficulty by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
【図1】 三軸安定構造の宇宙船や人工衛星に使用され
た宇宙船冷却システムを形成している熱放散装置の実施
例を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a heat dissipation device forming a spacecraft cooling system used for a spacecraft or an artificial satellite having a three-axis stable structure.
【図2】 本発明における熱放出器の詳細な実施例を示
した図である。FIG. 2 is a view showing a detailed example of a heat radiator according to the present invention.
10 冷却システム 11a、11b 冷却パネル 13 熱パイプ網 14、15 熱パイプ 17 内側パネル表層 18 外側パネル表層 24 ハニカム芯材 25 熱放散部品 30 宇宙船又は人工衛星 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cooling system 11a, 11b Cooling panel 13 Heat pipe network 14, 15 Heat pipe 17 Inner panel surface layer 18 Outer panel surface layer 24 Honeycomb core material 25 Heat dissipation component 30 Spacecraft or satellite
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ルオング アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーベール ナンバー5 モー スアベニュー 624 (72)発明者 レニー ロウ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94010 ヒルズボロウ ブラックマウンテ ンロード 1595 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor John Luong United States of America 94086 Sunnyvale No. 5 Morse Avenue 624 (72) Inventor Lenny Row United States of America 94010 Hillsborough Black Mount Road 1595
Claims (15)
って、 第1及び第2の冷却パネルと、 中温度作業流体を有する第1及び第2の冷却パネルに接
続した1本以上の熱パイプ群と、からなることを特徴と
する熱放散装置。1. A heat dissipating device for use in a spacecraft, comprising: a first and second cooling panel; and one or more cooling panels connected to the first and second cooling panels having a medium temperature working fluid. A heat dissipation device, comprising: a heat pipe group.
ことを特徴とする請求項1記載の熱放散装置。2. The heat dissipation device according to claim 1, wherein the medium temperature working fluid is toluene.
熱放散部品を含むことを特徴とする請求項1記載の熱放
散装置。3. The heat dissipation device according to claim 1, further comprising a heat dissipation component thermally connected to the heat pipe group.
第2の熱パイプ群の組み合わせが基質としてまた熱伝達
材中に整列されて構成された第1及び第2の熱パイプ網
からなることを特徴とする請求項1記載の熱放散装置。4. A network of first and second heat pipes, wherein the group of one or more heat pipes comprises a combination of first and second heat pipe groups arranged as a substrate and in a heat transfer material. The heat dissipation device according to claim 1, wherein the heat dissipation device comprises:
熱パイプ群の第2のセットとおおよそ直交することを特
徴とする請求項4記載の熱放散装置。5. The heat dissipation device of claim 4, wherein the first set of heat pipes is substantially orthogonal to the second set of heat pipes.
以上の熱パイプ群と、 内側パネル表層及び外側パネル表層間に、熱パイプ群を
囲むように配置されたハニカム芯材と、を有するパネル
からなることを特徴とする請求項1記載の熱放散装置。6. The first and second cooling panels are inner and outer panel surfaces, one or more heat pipe groups arranged between the inner panel surface and the outer panel surface, and the inner panel surface. The heat dissipating apparatus according to claim 1, comprising a panel having a honeycomb core material arranged so as to surround the heat pipe group between the outer panel surface layers.
と、 内側及び外側パネル表層の選択された一方の上にマウン
トされた1本以上の熱パイプ群と、からなることを特徴
とする請求項1記載の熱放散装置。7. The first and second cooling panels include: an inner and outer panel surface; a honeycomb core disposed between the inner and outer panel surfaces; and a selected one of the inner and outer panel surfaces. The heat dissipating device according to claim 1, comprising one or more heat pipe groups mounted on the heat pipe.
と接続されていることを特徴とする請求項1記載の熱放
散装置。8. The heat dissipation device according to claim 1, wherein the plurality of heat pipe groups are connected to each cooling panel.
び外側パネルの間に配置されていることを特徴とする請
求項8記載の熱放散装置。9. The heat dissipation device according to claim 8, wherein the plurality of heat pipe groups are disposed between an inner panel and an outer panel.
及び外パネルの選択された一方の上にマウントされてい
ることを特徴とする請求項8記載の熱放散装置。10. The heat dissipation device according to claim 8, wherein the plurality of heat pipe groups are mounted on a selected one of an inner panel and an outer panel.
と対峙する表層を熱的に及び構造的に結合していること
を特徴とする請求項6記載の熱放散装置。11. The honeycomb core material comprises a heat pipe network 13
7. The heat dissipating device according to claim 6, wherein the surface layer facing the substrate is thermally and structurally connected.
側パネル表層の内向表面に熱的に接続されていることを
特徴とする請求項6記載の熱放散装置。12. The heat dissipating device according to claim 6, wherein the heat dissipating component is thermally connected to inward surfaces of the inner panel and the outer panel surface.
0℃の間で動作することを特徴とする請求項1記載の熱
放散装置。13. The heat-dissipating component may be at + 80 ° C. to +18.
The heat dissipating device according to claim 1, wherein the device operates at a temperature of 0 ° C.
0℃の間で動作することを特徴とする請求項2記載の熱
放散装置。14. The heat-dissipating component is between + 80 ° C. and +18.
The heat dissipating device according to claim 2, wherein the device operates at 0 ° C.
0℃の間で動作することを特徴とする請求項6記載の熱
放散装置。15. The heat dissipating component may be between + 80 ° C. and +18.
The heat dissipating device according to claim 6, wherein the device operates at 0 ° C.
Applications Claiming Priority (2)
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