JPH11217562A - 熱制御方法及びその装置 - Google Patents
熱制御方法及びその装置Info
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- JPH11217562A JPH11217562A JP10274826A JP27482698A JPH11217562A JP H11217562 A JPH11217562 A JP H11217562A JP 10274826 A JP10274826 A JP 10274826A JP 27482698 A JP27482698 A JP 27482698A JP H11217562 A JPH11217562 A JP H11217562A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可動部分を用いることなく小型軽量で、しか
も、信頼性の高い熱制御装置を提供する。 【解決手段】 高温相では絶縁体性質であり、低温相で
は金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大で
あり、低温相では熱放射量が小である相変化物質１で対
象物２の温度を制御することを特徴とする。
も、信頼性の高い熱制御装置を提供する。 【解決手段】 高温相では絶縁体性質であり、低温相で
は金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大で
あり、低温相では熱放射量が小である相変化物質１で対
象物２の温度を制御することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱制御方法及びそ
の装置に係わり、特に、人工衛星や宇宙船等の宇宙機の
搭載機器の熱制御装置に好適な熱制御方法及びその装置
に関する。
の装置に係わり、特に、人工衛星や宇宙船等の宇宙機の
搭載機器の熱制御装置に好適な熱制御方法及びその装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】真空環境を航行する宇宙機では、外表面
からの宇宙空間への熱放射が外部環境への放熱手段とな
り、熱放射量が宇宙機の温度を支配する。宇宙機内部の
発熱量の大幅な変動に対し、温度を適正な範囲に保つ手
段の一つとして、外部への放熱量を温度に応じて調節す
るサーマルルーバ（図６）が用いられている。
からの宇宙空間への熱放射が外部環境への放熱手段とな
り、熱放射量が宇宙機の温度を支配する。宇宙機内部の
発熱量の大幅な変動に対し、温度を適正な範囲に保つ手
段の一つとして、外部への放熱量を温度に応じて調節す
るサーマルルーバ（図６）が用いられている。
【０００３】サーマルルーバは、バイメタル等のアクチ
ュエータによりブレードを駆動し、放熱面の実効面積を
増減することで、高温度では放熱量を増大させ、低温時
は放熱量を減少させて放熱面の温度を制御するものであ
る。しかし、サーマルルーバは、可動部分を持つ機械装
置であるため、占有体積が大きい、重量が重い、可動部
分を有するため信頼性が低く、ブレード開閉回数に寿命
がある等の欠点を有している。
ュエータによりブレードを駆動し、放熱面の実効面積を
増減することで、高温度では放熱量を増大させ、低温時
は放熱量を減少させて放熱面の温度を制御するものであ
る。しかし、サーマルルーバは、可動部分を持つ機械装
置であるため、占有体積が大きい、重量が重い、可動部
分を有するため信頼性が低く、ブレード開閉回数に寿命
がある等の欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来の欠点を改良し、特に、過酷な環境下でも長寿
命で確実に動作し、しかも、製造の容易な人工衛星の搭
載機器に好適な熱制御装置を提供するものである。本発
明の他の目的は、可動部分を用いることなく小型軽量
で、しかも、信頼性の高い熱制御装置を提供するもので
ある。
した従来の欠点を改良し、特に、過酷な環境下でも長寿
命で確実に動作し、しかも、製造の容易な人工衛星の搭
載機器に好適な熱制御装置を提供するものである。本発
明の他の目的は、可動部分を用いることなく小型軽量
で、しかも、信頼性の高い熱制御装置を提供するもので
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる熱
制御装置の第１の態様は、高温相では絶縁体性質であ
り、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱
放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変
化物質で対象物の温度を制御するものであり、又、第２
の態様は、前記相変化物質はペロブスカイトＭｎ酸化物
であることを特徴とするものであり、又、第３の態様
は、前記相変化物質はＡ1-X ＢX ＭｎＯ3 で表されるＭ
ｎを含んだペロブスカイト酸化物（ＡはＬａ, Ｐｒ, Ｎ
ｄ, Ｓｍの希土類イオンの中の少なくとも一つ、ＢはＣ
ａ, Ｓｒ, Ｂａのアルカリ土類金属イオンの中の少なく
とも一つ）であることを特徴とするものであり、又、第
４の態様は、前記相変化物質はＣｒを含んだコランダム
バナジウム酸化物であることを特徴とするものであり、
又、第５の態様は、前記相変化物質は（Ｖ1-X ＣｒX ）
2 Ｏ3 であることを特徴とするものであり、又、第６の
態様は、前記相変化物質は粉末塗布、蒸着、結晶片の接
着、相変化物質の粉末にバインダ等を添加し成形したフ
ィルムの接着で前記対象物に固着せしめたことを特徴と
するものであり、又、第７の態様は、前記相変化物質上
に赤外光を透過させ、可視光を反射する性質を含む板体
又は膜を配設したことを特徴とするものであり、又、第
８の態様は、前記対象物は人工衛星や宇宙船等の宇宙機
であることを特徴とするものである。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる熱
制御装置の第１の態様は、高温相では絶縁体性質であ
り、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱
放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変
化物質で対象物の温度を制御するものであり、又、第２
の態様は、前記相変化物質はペロブスカイトＭｎ酸化物
であることを特徴とするものであり、又、第３の態様
は、前記相変化物質はＡ1-X ＢX ＭｎＯ3 で表されるＭ
ｎを含んだペロブスカイト酸化物（ＡはＬａ, Ｐｒ, Ｎ
ｄ, Ｓｍの希土類イオンの中の少なくとも一つ、ＢはＣ
ａ, Ｓｒ, Ｂａのアルカリ土類金属イオンの中の少なく
とも一つ）であることを特徴とするものであり、又、第
４の態様は、前記相変化物質はＣｒを含んだコランダム
バナジウム酸化物であることを特徴とするものであり、
又、第５の態様は、前記相変化物質は（Ｖ1-X ＣｒX ）
2 Ｏ3 であることを特徴とするものであり、又、第６の
態様は、前記相変化物質は粉末塗布、蒸着、結晶片の接
着、相変化物質の粉末にバインダ等を添加し成形したフ
ィルムの接着で前記対象物に固着せしめたことを特徴と
するものであり、又、第７の態様は、前記相変化物質上
に赤外光を透過させ、可視光を反射する性質を含む板体
又は膜を配設したことを特徴とするものであり、又、第
８の態様は、前記対象物は人工衛星や宇宙船等の宇宙機
であることを特徴とするものである。
【０００６】又、本発明に係わる熱制御方法の第１態様
は、対象物の温度を制御する方法であって、高温相では
絶縁体性質であり、低温相では金属的性質であり、且
つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相では熱放射
量が小である相変化物質を対象物に固着して対象物の温
度を制御することを特徴とするものであり、叉、第２の
態様は、前記相変化物質は、ペロブスカイトＭｎ酸化
物、又は、Ｃｒを含んだコランダムバナジウム酸化物で
あることを特徴とするものであり、叉、第３の態様は、
前記対象物は人工衛星や宇宙船等の宇宙機であることを
特徴とするものである。
は、対象物の温度を制御する方法であって、高温相では
絶縁体性質であり、低温相では金属的性質であり、且
つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相では熱放射
量が小である相変化物質を対象物に固着して対象物の温
度を制御することを特徴とするものであり、叉、第２の
態様は、前記相変化物質は、ペロブスカイトＭｎ酸化
物、又は、Ｃｒを含んだコランダムバナジウム酸化物で
あることを特徴とするものであり、叉、第３の態様は、
前記対象物は人工衛星や宇宙船等の宇宙機であることを
特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の特徴は、機械的な原理に
依らず、物質固有の熱放射特性を利用し、小型軽量で信
頼性の高い放射熱制御装置を提供することである。真空
環境を飛行する宇宙機では、外表面からの宇宙空間への
熱放射が外部環境への唯一の放熱手段となり、熱放射量
が宇宙機の温度を支配する。
依らず、物質固有の熱放射特性を利用し、小型軽量で信
頼性の高い放射熱制御装置を提供することである。真空
環境を飛行する宇宙機では、外表面からの宇宙空間への
熱放射が外部環境への唯一の放熱手段となり、熱放射量
が宇宙機の温度を支配する。
【０００８】本装置では、ペロブスカイトＭｎ酸化物の
一種で、室温付近で相転移を生じ、低温相で金属的、高
温相で絶縁体的な性質を持つ相変化物質（Ｌａ1-X Ｓｒ
X ＭｎＯ3 ）を宇宙機の放熱面に配置する。そして、こ
の物質の熱放射率は導電率の高い状態では低く、導電率
の低い状態では高くなるため、本装置は相転移温度より
高温では放射率を高く、低温では放射率を低くすること
ができ、自己温度調節性を有す。Ｌａ1-X ＳｒX ＭｎＯ
3 の抵抗率および赤外反射率の温度依存性の文献データ
を図１に示す。図１は室温付近の熱放射のピークである
１０μｍ（約０．１２ｅＶ）付近の反射率の温度変化が
顕著であり、放射率の温度変化が大きいことを示唆して
いる。また、相転移温度はＬａとＳｒの組成比ｘにより
２５０Ｋから３５０Ｋの範囲で可変である。
一種で、室温付近で相転移を生じ、低温相で金属的、高
温相で絶縁体的な性質を持つ相変化物質（Ｌａ1-X Ｓｒ
X ＭｎＯ3 ）を宇宙機の放熱面に配置する。そして、こ
の物質の熱放射率は導電率の高い状態では低く、導電率
の低い状態では高くなるため、本装置は相転移温度より
高温では放射率を高く、低温では放射率を低くすること
ができ、自己温度調節性を有す。Ｌａ1-X ＳｒX ＭｎＯ
3 の抵抗率および赤外反射率の温度依存性の文献データ
を図１に示す。図１は室温付近の熱放射のピークである
１０μｍ（約０．１２ｅＶ）付近の反射率の温度変化が
顕著であり、放射率の温度変化が大きいことを示唆して
いる。また、相転移温度はＬａとＳｒの組成比ｘにより
２５０Ｋから３５０Ｋの範囲で可変である。
【０００９】図２は、Ｌａ0.825 Ｓｒ0.175 ＭｎＯ3 の
放射率測定データを示すグラフであり、１７０Ｋ〜３８
０Ｋの範囲で測定した半球放射率である。転移温度であ
る３００Ｋ〜２８０Ｋで急激な変化があり、低温側で金
属的、高温側では絶縁体的な特徴を示している。図３は
抵抗率の測定データであり、図２と同様に３００Ｋ〜２
８０Ｋで抵抗率が約４倍変化している。
放射率測定データを示すグラフであり、１７０Ｋ〜３８
０Ｋの範囲で測定した半球放射率である。転移温度であ
る３００Ｋ〜２８０Ｋで急激な変化があり、低温側で金
属的、高温側では絶縁体的な特徴を示している。図３は
抵抗率の測定データであり、図２と同様に３００Ｋ〜２
８０Ｋで抵抗率が約４倍変化している。
【００１０】また、本装置は放熱面に数百μｍ程度の厚
みで膜状に相変化物質を配置すればよいため、専有面積
も小さく、軽量である。更に、可動部分を要しない単純
な構造のため信頼性も極めて高い。本装置を太陽光が照
射する位置に設ける場合は、相変化物質の前面に、熱赤
外光を透過し太陽光を反射するシリコン板等を取付け、
装置の太陽光の吸収量を最小化する。
みで膜状に相変化物質を配置すればよいため、専有面積
も小さく、軽量である。更に、可動部分を要しない単純
な構造のため信頼性も極めて高い。本装置を太陽光が照
射する位置に設ける場合は、相変化物質の前面に、熱赤
外光を透過し太陽光を反射するシリコン板等を取付け、
装置の太陽光の吸収量を最小化する。
【００１１】なお、前記相変化物質としては、Ａ1-X Ｂ
X ＭｎＯ3 で表されるＭｎを含んだペロブスカイト酸化
物（ＡはＬａ, Ｐｒ, Ｎｄ, Ｓｍの希土類イオンの中の
少なくとも一つ、ＢはＣａ, Ｓｒ, Ｂａのアルカリ土類
金属イオンの中の少なくとも一つ）であれば良い。更
に、前記相変化物質はＣｒを含んだコランダムバナジウ
ム酸化物であってもよい。この場合、（Ｖ1-X ＣｒX ）
2 Ｏ3 であることが望ましい。
X ＭｎＯ3 で表されるＭｎを含んだペロブスカイト酸化
物（ＡはＬａ, Ｐｒ, Ｎｄ, Ｓｍの希土類イオンの中の
少なくとも一つ、ＢはＣａ, Ｓｒ, Ｂａのアルカリ土類
金属イオンの中の少なくとも一つ）であれば良い。更
に、前記相変化物質はＣｒを含んだコランダムバナジウ
ム酸化物であってもよい。この場合、（Ｖ1-X ＣｒX ）
2 Ｏ3 であることが望ましい。
【００１２】
【実施例】以下に、本発明に係わる熱制御方法及びその
装置の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。図
４は、本発明に係わる熱制御装置の第１の具体例の構造
を示す図であって、図には、高温相では絶縁体性質であ
り、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱
放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変
化物質１で対象物２の温度を制御する熱制御装置が示さ
れ、又、前記相変化物質１は粉末塗布、蒸着、結晶片の
接着等の固着手段で前記対象物２に固着せしめた熱制御
装置が示されている。
装置の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。図
４は、本発明に係わる熱制御装置の第１の具体例の構造
を示す図であって、図には、高温相では絶縁体性質であ
り、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱
放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変
化物質１で対象物２の温度を制御する熱制御装置が示さ
れ、又、前記相変化物質１は粉末塗布、蒸着、結晶片の
接着等の固着手段で前記対象物２に固着せしめた熱制御
装置が示されている。
【００１３】この場合、相変化物質１はペロブスカイト
Ｍｎ酸化物の一種であるＬａ1-X ＳｒX ＭｎＯ3 を用い
ている。更に、具体的に説明すると、宇宙機の放熱面２
の表面３に、数百μｍの厚さで相変化物質１１を膜状に
配置する。相変化物質１は放熱面３に熱結合しており、
相変化物質１は放熱面２とほぼ同じ温度となっている。
Ｍｎ酸化物の一種であるＬａ1-X ＳｒX ＭｎＯ3 を用い
ている。更に、具体的に説明すると、宇宙機の放熱面２
の表面３に、数百μｍの厚さで相変化物質１１を膜状に
配置する。相変化物質１は放熱面３に熱結合しており、
相変化物質１は放熱面２とほぼ同じ温度となっている。
【００１４】このように構成した熱制御装置において、
放熱面３の温度が上昇し、相変化物質１の相転移温度以
上になると、相変化物質１の放射率が上昇し、外部環境
への放熱量が増加するため放熱面３の温度が低下する。
逆に、放熱面３の温度が下降し、相変化物質１の相転移
温度以下になると、相変化物質１の放射率が低下し、放
熱量が減少するため、放熱面３の温度が上昇する。この
機構により放熱面３の温度は相転移温度付近に自動的に
制御される。
放熱面３の温度が上昇し、相変化物質１の相転移温度以
上になると、相変化物質１の放射率が上昇し、外部環境
への放熱量が増加するため放熱面３の温度が低下する。
逆に、放熱面３の温度が下降し、相変化物質１の相転移
温度以下になると、相変化物質１の放射率が低下し、放
熱量が減少するため、放熱面３の温度が上昇する。この
機構により放熱面３の温度は相転移温度付近に自動的に
制御される。
【００１５】相変化物質１の結晶構造は立方晶であり光
学的性質は結晶軸の方向に依存しない。従って、放熱面
３へ相変化物質を配置する方法は、粉末塗布、蒸着、結
晶片の接着等固着手段や、相変化物質の粉末にバインダ
等を添加し成形したフィルムの接着等の多種の方法を用
いることが出来る。なお、前記相変化物質としては、Ａ
1-X ＢX ＭｎＯ3 で表されるＭｎを含んだペロブスカイ
ト酸化物（ＡはＬａ, Ｐｒ, Ｎｄ, Ｓｍの希土類イオン
の中の少なくとも一つ、ＢはＣａ, Ｓｒ, Ｂａのアルカ
リ土類金属イオンの中の少なくとも一つ）であれば、本
発明の目的を達成することが出来る。
学的性質は結晶軸の方向に依存しない。従って、放熱面
３へ相変化物質を配置する方法は、粉末塗布、蒸着、結
晶片の接着等固着手段や、相変化物質の粉末にバインダ
等を添加し成形したフィルムの接着等の多種の方法を用
いることが出来る。なお、前記相変化物質としては、Ａ
1-X ＢX ＭｎＯ3 で表されるＭｎを含んだペロブスカイ
ト酸化物（ＡはＬａ, Ｐｒ, Ｎｄ, Ｓｍの希土類イオン
の中の少なくとも一つ、ＢはＣａ, Ｓｒ, Ｂａのアルカ
リ土類金属イオンの中の少なくとも一つ）であれば、本
発明の目的を達成することが出来る。
【００１６】更に、前記相変化物質はＣｒを含んだコラ
ンダムバナジウム酸化物であってもよい。この場合、
（Ｖ1-X ＣｒX ）2 Ｏ3 であることが望ましい。次に、
本発明の第２の具体例について図５を用いて説明する。
図５には、図２、３で示したような高温相では絶縁体性
質であり、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相
では熱放射量が大であり、低温相では熱放射量が小であ
る相変化物質１で対象物２の温度を制御する熱制御装置
が示され、更に、前記相変化物質１上に赤外光を透過さ
せ、可視光を反射する性質を有するシリコン板４を配設
した熱制御装置が示されている。
ンダムバナジウム酸化物であってもよい。この場合、
（Ｖ1-X ＣｒX ）2 Ｏ3 であることが望ましい。次に、
本発明の第２の具体例について図５を用いて説明する。
図５には、図２、３で示したような高温相では絶縁体性
質であり、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相
では熱放射量が大であり、低温相では熱放射量が小であ
る相変化物質１で対象物２の温度を制御する熱制御装置
が示され、更に、前記相変化物質１上に赤外光を透過さ
せ、可視光を反射する性質を有するシリコン板４を配設
した熱制御装置が示されている。
【００１７】図１に示したように相変化物質１であるＬ
ａ1-X ＳｒX ＭｎＯ3 の太陽光波長領域（０．３μｍ〜
２．５μｍ）の反射率は０．２前後と低く、太陽光に対
する吸収率は大きい。従って、相変化物質１を直接太陽
光が照射する場所に設置すると、吸収熱量が多くなり放
熱にとって不利となる。そこで、図５に示すように相変
化物質１の前面に熱赤外光を透過し、可視光を反射する
性質を持つシリコン板４を取り付ける。シリコン板４は
熱赤外光に対し透明なため、太陽光を反射すること以外
は、装置の基本的な動作原理は第１の具体例と同じであ
る。
ａ1-X ＳｒX ＭｎＯ3 の太陽光波長領域（０．３μｍ〜
２．５μｍ）の反射率は０．２前後と低く、太陽光に対
する吸収率は大きい。従って、相変化物質１を直接太陽
光が照射する場所に設置すると、吸収熱量が多くなり放
熱にとって不利となる。そこで、図５に示すように相変
化物質１の前面に熱赤外光を透過し、可視光を反射する
性質を持つシリコン板４を取り付ける。シリコン板４は
熱赤外光に対し透明なため、太陽光を反射すること以外
は、装置の基本的な動作原理は第１の具体例と同じであ
る。
【００１８】なお、この具体例ではシリコン板を用いた
が、熱赤外光を透過するものであれば他の材料でもよ
く、例えば、ゲルマニウムを含む板体又は膜であっても
よい。
が、熱赤外光を透過するものであれば他の材料でもよ
く、例えば、ゲルマニウムを含む板体又は膜であっても
よい。
【００１９】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、サ
ーマルルーバのような機械的な原理に依らず、物質本来
の光学的性質を利用しているため、小型、軽量である。
又、機械的な可動部分を持たないことから磨耗や疲労等
の問題点が無く、信頼性が高く、寿命が長い。
ーマルルーバのような機械的な原理に依らず、物質本来
の光学的性質を利用しているため、小型、軽量である。
又、機械的な可動部分を持たないことから磨耗や疲労等
の問題点が無く、信頼性が高く、寿命が長い。
【図１】本発明の相変化物質であるＬａ1-X ＳｒX Ｍｎ
Ｏ3 の反射スペクトルを示すグラフである。
Ｏ3 の反射スペクトルを示すグラフである。
【図２】抵抗率を測定したグラフである。
【図３】Ｌａ1-X ＳｒX ＭｎＯ3 の放射率の測定データ
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の具体例を示す図である。
【図５】本発明の第２の具体例を示す図である。
【図６】従来技術を示す図である。
１ 相変化物質 ２ 放熱面 ３ 表面 ４ シリコン板
Claims (11)
- 【請求項１】 高温相では絶縁体性質であり、低温相で
は金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大で
あり、低温相では熱放射量が小である相変化物質で対象
物の温度を制御することを特徴とする熱制御装置。 - 【請求項２】 前記相変化物質はペロブスカイトＭｎ酸
化物であることを特徴とする請求項１記載の熱制御装
置。 - 【請求項３】 前記相変化物質はＡ1-X ＢX ＭｎＯ3 で
表されるＭｎを含んだペロブスカイト酸化物（ＡはＬ
ａ, Ｐｒ, Ｎｄ, Ｓｍの希土類イオンの中の少なくとも
一つ、ＢはＣａ, Ｓｒ, Ｂａのアルカリ土類金属イオン
の中の少なくとも一つ）であることを特徴とする請求項
１又は２記載の熱制御装置。 - 【請求項４】 前記相変化物質はＣｒを含んだコランダ
ムバナジウム酸化物であることを特徴とする請求項１記
載の熱制御装置。 - 【請求項５】 前記相変化物質は（Ｖ1-X ＣｒX ）2 Ｏ
3 であることを特徴とする請求項１又は４記載の熱制御
装置。 - 【請求項６】 前記相変化物質は粉末塗布、蒸着、結晶
片の接着、相変化物質の粉末にバインダ等を添加し成形
したフィルムの接着で前記対象物に固着せしめたことを
特徴とする請求項１乃至５のいづれかに記載の熱制御装
置。 - 【請求項７】 前記相変化物質上に赤外光を透過させ、
可視光を反射する性質を含む板体又は膜を配設したこと
を特徴とする請求項１乃至６のいづれかに記載の熱制御
装置。 - 【請求項８】 前記対象物は人工衛星や宇宙船等の宇宙
機であることを特徴とする請求項１乃至７のいづれかに
記載の熱制御装置。 - 【請求項９】 対象物の温度を制御する方法であって、 高温相では絶縁体性質であり、低温相では金属的性質で
あり、且つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相で
は熱放射量が小である相変化物質を対象物に固着して対
象物の温度を制御することを特徴とする熱制御方法。 - 【請求項１０】 前記相変化物質は、ペロブスカイトＭ
ｎ酸化物、又は、Ｃｒを含んだコランダムバナジウム酸
化物であることを特徴とする請求項９記載の熱制御方
法。 - 【請求項１１】 前記対象物は人工衛星や宇宙船等の宇
宙機であることを特徴とする請求項９又は１０記載の熱
制御方法。
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