JP5230138B2 - 熱制御コーティング、コンポーネントの温度を制御する方法、および熱制御コーティングを含む宇宙船のコンポーネント - Google Patents
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Description
宇宙船の1つ以上のコンポーネントにおける熱制御のための既存の方法および装置が存在する。これらの方法および装置のうちいくつかは、熱制御を維持するために不変コンダクタンスヒートパイプおよび可変コンダクタンスヒートパイプなどのヒートパイプを利用する。他の方法および装置は、鏡、塗料、コーティングおよび多層断熱ブランケットなどの熱制御面を利用する。さらに他の方法および装置は、ヒータ、機械式ルーバおよび相変化材料を利用する。
この発明の一局面では、少なくとも1つのサーモクロミック多層コーティングと少なくとも1つの太陽光拒絶多層コーティングとの組合せを備える熱制御コーティングが提供される。
える。別のステップにおいて、コーティングはコンポーネントおよび表面のうち少なくとも1つの上に施される。
この発明の一実施の形態では、図1に示されるように、熱制御コーティング10が提供される。熱制御コーティング10は、宇宙船の1つ以上の部分、表面またはコンポーネントを覆う場合もあれば、またはそれらを覆うように適合される場合もある。他の実施の形態では、熱制御コーティングは、航空機などの各種の他の用途で、および住宅冷却用の「スカイ(sky)」ラジエータなどの他の非航空用途で使用されてもよい。熱制御コーティング10は、どのような特性が特定の使用の用途に必要であるかに応じて特定の温度で特定の熱放射率および/または太陽光吸収特性を有するように適合され得る。この用途の目的で、「熱制御コーティング」という用語は、対象物へのおよび対象物からの熱放射を制御するために適切なスペクトル特性を有するコーティングであってもよく、「太陽光吸収」という用語は太陽エネルギの吸収であってもよく(一実施の形態では、その波長は.25から2.5ミクロンであってもよい)、「太陽光拒絶」という用語は太陽エネルギの反射であってもよく(一実施の形態では、その波長は.25から2.5ミクロンであってもよい)、「熱放射率」という用語は熱放射の吸収または放出であってもよい(一実施の形態では、その波長は2.5から25ミクロンであってもよい)。
うに、転移温度20を下回る温度では低い太陽光吸収率16および低い熱放射率18を示すように、および転移温度20を上回る温度では低い太陽光吸収率22および高い熱放射率24を示すように熱制御コーティング10を設計することによって、熱制御コーティング10は、電力要件を持たず、熱制御コーティング10が利用される機器に対する重量の影響が最小限である受動型温度作動熱制御装置の役割を果たすことができる。このような態様で、熱制御コーティング10は、低い太陽光吸収率を維持しながら、温度に応じて熱放射率の切換をもたらすことができる。低温では、熱制御コーティング10は、熱損失を最小にするために、太陽光吸収率が低くかつ熱放射率が低い磨かれたアルミニウム面と実質的に同様の特性を示し得る。高温では、熱制御コーティング10は、熱の拒絶を最大にし、太陽からの加熱を最小にするために、太陽光吸収率が低くかつ熱放射率が高い銀−石英の鏡面と実質的に同様の特性を示し得る。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
少なくとも1つのサーモクロミック多層コーティングと少なくとも1つの太陽光拒絶多層コーティングとの組合せを備える熱制御コーティング。
(態様2)
前記サーモクロミック多層コーティングは、二酸化バナジウムおよびシリコンからなる層を備える、態様1に記載の熱制御コーティング。
(態様3)
二酸化バナジウムおよびシリコンからなる前記層は交互になっている、態様2に記載の熱制御コーティング。
(態様4)
前記サーモクロミック多層コーティングはさらに、アルミニウムからなる1つ以上の層を備える、態様1から3のいずれかに記載の熱制御コーティング。
(態様5)
前記太陽光拒絶多層コーティングは、フッ化マグネシウムおよび硫化亜鉛からなる層を備える、態様1に記載の熱制御コーティング。
(態様6)
前記太陽光拒絶多層コーティングは、フッ化マグネシウムおよび硫化亜鉛からなる層を備える、態様1または2に記載の熱制御コーティング。
(態様7)
前記熱制御コーティングの外層はフッ化マグネシウムおよび硫化亜鉛が交互になった層を備え、内層は二酸化バナジウムおよびシリコンが交互になった層を備える、態様6に記載の熱制御コーティング。
(態様8)
前記熱制御コーティングは、太陽光拒絶多層コーティングの太陽光吸収率が実質的に同じ状態のままであっても、サーモクロミック多層コーティングの熱放射率が実質的に変化する転移温度を有する、態様1から7のいずれかに記載の熱制御コーティング。
(態様9)
前記転移温度は摂氏約68度である、態様8に記載の熱制御コーティング。
(態様10)
前記太陽光吸収率は、前記転移温度を上回る温度および前記転移温度を下回る温度の両方で実質的に0.05から0.15の範囲である、態様8に記載の熱制御コーティング。
(態様11)
前記熱放射率は、前記転移温度を下回る温度で実質的に0.05から0.15の範囲であり、前記転移温度を上回る温度で実質的に0.8から1.0の範囲である、態様8または10に記載の熱制御コーティング。
(態様12)
前記太陽光吸収率は、前記転移温度を上回る温度および前記転移温度を下回る温度の両方で約0.1であり、前記熱放射率は、前記転移温度を下回る温度で約0.1であり、前記転移温度を上回る温度で約0.8である、態様8に記載の熱制御コーティング。
(態様13)
前記転移温度は、室温および摂氏約30度のうち少なくとも1つである、態様8に記載の熱制御コーティング。
(態様14)
前記熱制御コーティングは、前記転移温度の各々において、太陽光拒絶多層コーティングの太陽光吸収率が実質的に同じ状態のままであっても、サーモクロミック多層コーティングの熱放射率が実質的に変化する複数の転移温度を有する、態様1から8のいずれかに記載の熱制御コーティング。
(態様15)
前記コーティングは、コンポーネントの一部、宇宙船のコンポーネントおよび宇宙船の表面のうち少なくとも1つを覆う、態様1から14のいずれかに記載の熱制御コーティング。
(態様16)
前記転移温度を変化させるために少なくとも1つの物質が前記熱制御コーティングに加えられる、態様8に記載の熱制御コーティング。
(態様17)
前記物質は、タングステン、鉄、およびモリブデンのうち少なくとも1つを含む、態様16に記載の熱制御コーティング。
(態様18)
前記太陽光拒絶多層コーティングは、太陽光領域では実質的に不透明および反射性であり、赤外線領域では実質的に透明である、態様1または8のいずれかに記載の熱制御コーティング。
(態様19)
前記太陽光拒絶多層コーティングは、実質的に0.25から2.5ミクロンの範囲の波長で実質的に不透明および反射性であり、実質的に2.5から25ミクロンの範囲の波長で実質的に透明である、態様18に記載の熱制御コーティング。
(態様20)
コンポーネントの温度を制御する方法であって、
態様1から19のいずれかに記載の熱制御コーティングを提供することを備える、方法。
(態様21)
温度が転移温度を上回る温度および転移温度を下回る温度の両方に変化するステップをさらに備え、太陽光拒絶多層コーティングの太陽光吸収率は前記転移温度を上回る温度および前記転移温度を下回る温度の両方で実質的に同じ状態のままであっても、サーモクロミック多層コーティングの熱放射率は転移温度を上回る温度および転移温度を下回る温度で実質的に変化する、態様20に記載の方法。
(態様22)
態様1から19のいずれかに記載の熱制御コーティングを含む宇宙船のコンポーネント。
12 サーモクロミック多層コーティング
14 太陽光拒絶多層コーティング
Claims (9)
- 少なくとも1つのサーモクロミック多層コーティングと少なくとも1つの太陽光拒絶多層コーティングとの組合せを備える熱制御コーティングであって、
該サーモクロミック多層コーティングは二酸化バナジウムとシリコンからなる層を備え、
該サーモクロミック多層コーティングの2.5ミクロンから25ミクロンの範囲の波長における熱放射率は、二酸化バナジウムの半導体から金属への相転移温度を下回る温度で0.05から0.15の範囲であり、該相転移温度を上回る温度では0.8から1.0の範囲にあり、
該太陽光拒絶多層コーティングの0.25ミクロンから2.5ミクロンの範囲の波長における太陽光吸収率は、該相転移温度を上回る温度および下回る温度の両方で、0.05から0.15の範囲である、熱制御コーティング。 - 二酸化バナジウムおよびシリコンからなる前記層は交互になっている、請求項1に記載の熱制御コーティング。
- 前記サーモクロミック多層コーティングはさらに、アルミニウムからなる1つ以上の層を備える、請求項1または2に記載の熱制御コーティング。
- 前記太陽光拒絶多層コーティングは、フッ化マグネシウムおよび硫化亜鉛からなる層を備える、請求項1から3のいずれかに記載の熱制御コーティング。
- 前記太陽光拒絶多層コーティングはフッ化マグネシウムおよび硫化亜鉛が交互になった層を備え、サーモクロミック多層コーティングは二酸化バナジウムおよびシリコンが交互になった層を備える、請求項4に記載の熱制御コーティング。
- コンポーネントの温度を制御する方法であって、
コーティングを提供することと、
該コーティングをコンポーネントと表面のうちの少なくとも一方の上に施すこととを有し、
該コーティングは少なくとも1つの太陽光拒絶多層コーティングと少なくとも1つのサーモクロミック多層コーティングとを備え、
該サーモクロミック多層コーティングは二酸化バナジウムとシリコンからなる層を備え、
該サーモクロミック多層コーティングの2.5ミクロンから25ミクロンの範囲の波長における、ASTM E 1585熱放射標準式で計算された熱放射率は、二酸化バナジウムの半導体から金属への相転移温度を下回る温度で0.05から0.15の範囲であり、該相転移温度を上回る温度では0.8から1.0の範囲にあり、
該1つの太陽光拒絶多層コーティングの0.25ミクロンから2.5ミクロンの範囲の波長における、ASTM E 903熱吸収標準式で計算された太陽光吸収率は、該相転移温度を上回る温度および下回る温度の両方で、0.05から0.15の範囲である、方法。 - コーティングを含む宇宙船のコンポーネントであって、該コーティングは少なくとも1つのサーモクロミック多層コーティングと、少なくとも1つの太陽光拒絶多層コーティングとの組合せを含み、
該サーモクロミック多層コーティングは二酸化バナジウムおよびシリコンの交互の層を備え、
該太陽光拒絶多層コーティングは、フッ化マグネシウムおよび硫化亜鉛の交互の層を備え、
該サーモクロミック多層コーティングの2.5ミクロンから25ミクロンの範囲の波長における熱放射率は、二酸化バナジウムの半導体から金属への相転移温度を下回る温度で0.05から0.15の範囲であり、該相転移温度を上回る温度では0.8から1.0の範囲にあり、
該太陽光拒絶多層コーティングの0.25ミクロンから2.5ミクロンの範囲の波長における太陽光吸収率は、該相転移温度を上回る温度および下回る温度の両方で、0.05から0.15の範囲である、航空機のコンポーネント。 - 前記太陽光拒絶多層コーティングは、太陽光領域では実質的に不透明であり反射性であり、赤外線領域では実質的に透明である請求項6に記載の方法。
- 前記太陽光拒絶多層コーティングは、0.25ミクロンから2.5ミクロンの範囲の波長で実質的に不透明および反射性であり、実質的に2.5ミクロンから25ミクロンの範囲の波長で実質的に透明である請求項6記載の方法。
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