FR2811963A1 - Heat dissipator for space motor has matrix for tubes containing toluene as heat exchange medium - Google Patents

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Abstract

The heat dissipator (1) for a space vehicle motor (30) has a heat flow duct matrix (14,15) containing a fluid such as toluene. The matrix dissipates the heat from sources which operate at relatively high temperatures, such as between plus eighty and plus one hundred and eighty degrees centigrade. The matrix can be connected to a radiator.

Description

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DISPOSITIF DE DISSIPATION DE CHALEUR D'ENGIN SPATIAL  SPACE MACHINE HEAT DISSIPATION DEVICE

UTILISANT DES CONDUITS DE CHALEUR CONTENANT UN FLUIDE  USING FLUID CONTAINING HEAT PIPES

AGISSANT A UNE TEMPERATURE MOYENNEACTING AT AVERAGE TEMPERATURE

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux satellites ou engins spatiaux, et plus particulièrement à un dispositif de dissipation de chaleur comprenant un système de radiateur pour engin spatial ou satellite qui emploie un réseau de conduits de chaleur contenant un fluide agissant à une température moyenne. Le cessionnaire de la présente invention fabrique et déploie des engins spatiaux ou des satellites en orbites terrestres géosynchrones et basses. De tels engins spatiaux comportent des conduits de chaleur qui sont utilisés pour dissiper la chaleur provenant des  The present invention relates generally to satellites or spacecraft, and more particularly to a heat dissipation device comprising a radiator system for spacecraft or satellite which employs a network of heat conduits containing a fluid acting at a mean temperature. The assignee of the present invention manufactures and deploys spacecraft or satellites in geosynchronous and low Earth orbit. Such spacecraft have heat ducts which are used to dissipate heat from the

composants et des sous-systèmes générant de la chaleur.  heat generating components and subsystems.

Les conduits de chaleur transfèrent une énergie thermique depuis les composants et les sous-systèmes générant de la chaleur vers les panneaux de radiateur de l'engin spatial à partir desquels elle est rayonnée dans l'espace. Dans des buts de référence, les panneaux de radiateur d'engin  Heat conduits transfer thermal energy from the heat-generating components and subsystems to the spacecraft's radiator panels from which it is radiated into space. For reference purposes, the engine radiator panels

spatial classique sont décrits dans le brevet des Etats-  classic space are described in the United States patent

Unis N 3 749 156 délivré à Fletcher, le brevet des Etats-Unis N 5 351 746 délivré à Mackey, et le brevet  USA No. 3,749,156 issued to Fletcher, U.S. Patent No. 5,351,746 issued to Mackey, and the United States patent

des Etats-Unis N 5 806 803 délivré à Watts, par exemple.  US 5,606,803 issued to Watts, for example.

Des conduits de chaleur à ammoniac ont été très utilisés sur les engins spatiaux de la technique antérieure pour répartir et transférer de la chaleur depuis des sources de chaleur, telles que le bus d'alimentation et l'équipement HF, par exemple, qui fonctionnent à des températures relatives basses, habituellement dans la plage de -20 C à +70 C. Pour dissiper la chaleur provenant de sources de chaleur qui  Ammonia heat conduits have been widely used on prior art spacecraft to distribute and transfer heat from heat sources, such as the power bus and HF equipment, for example, which operate at low relative temperatures, usually in the range of -20 C to +70 C. To dissipate heat from heat sources which

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fonctionnent au-dessus de cette température, de façon caractéristique dans la plage de températures de +80 C à +180 C, qui est au-dessus du régime de fonctionnement des conduits de chaleur à ammoniac classiques, les solutions de la technique antérieure utilisaient des dissipateurs de chaleur massifs. De tels dissipateurs de chaleur massifs ajoutent un poids inutile à l'engin  operate above this temperature, typically in the temperature range of +80 C to +180 C, which is above the operating regime of conventional ammonia heat conduits, prior art solutions used massive heat sinks. Such massive heat sinks add unnecessary weight to the craft

spatial et sont relativement inefficaces.  spatial and are relatively ineffective.

En conséquence, c'est un but de la présente invention de réaliser un dispositif de dissipation de chaleur comprenant un système de radiateurs d'engin spatial ou de satellite qui emploie un réseau de conduits de chaleur contenant un fluide fonctionnant à température moyenne. Pour atteindre les buts ci-dessus et d'autres, la présente invention fournit un dispositif de dissipation de chaleur destiné à être utilisé dans un engin spatial ou un satellite. Le dispositif de dissipation de chaleur comprend un réseau de conduits de chaleur (un ou plus) contenant un fluide agissant à une température moyenne, tel que le toluène, par exemple. Le dispositif de dissipation de chaleur comprenant le réseau de conduits de chaleur à base de toluène qui est un fluide agissant à une température moyenne dissipe de la chaleur obtenue à partir de sources de chaleur qui fonctionnent à des températures de fonctionnement relativement élevées, de façon caractéristique dans la plage de températures de  Consequently, it is an object of the present invention to provide a heat dissipation device comprising a spacecraft or satellite radiator system which employs a network of heat conduits containing a fluid operating at medium temperature. To achieve the above and other objects, the present invention provides a heat dissipation device for use in a spacecraft or a satellite. The heat dissipation device comprises a network of heat conduits (one or more) containing a fluid acting at a medium temperature, such as toluene, for example. The heat dissipating device comprising the network of toluene-based heat conduits which is a medium-acting fluid dissipates heat obtained from heat sources which operate at relatively high operating temperatures, typically in the temperature range of

+80 OC à +180C.+80 OC to + 180C.

Le réseau de conduits de chaleur à base de toluène dissipe de la chaleur vers les panneaux de radiateur de  The toluene-based network of heat pipes dissipates heat to the radiator panels of

l'engin spatial qui rayonnent la chaleur dans l'espace.  the spacecraft that radiate heat into space.

Le réseau de conduits de chaleur à base de toluène dissipe efficacement la chaleur générée par un équipement dont les températures de fonctionnement sont au-dessus du régime de température de fonctionnement des conduits de  The toluene-based network of heat conduits efficiently dissipates the heat generated by equipment whose operating temperatures are above the operating temperature regime of the heat conduits.

chaleur à ammoniac classiques.conventional ammonia heat.

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Le réseau de conduits de chaleur à base de toluène fourni par la présente invention n'a jamais été utilisé précédemment dans des applications d'engins spatiaux. La présente invention permet des réductions de masse significatives par rapport aux approches à base de  The toluene-based network of heat conduits provided by the present invention has never been used previously in spacecraft applications. The present invention allows significant mass reductions compared to approaches based on

dissipateurs de chaleur, classiques.  conventional heat sinks.

La présente invention utilise ainsi des conduits de chaleur contenant le fluide agissant à une température moyenne pour répartir et transférer la chaleur obtenue à partir d'un équipement qui fonctionne à des températures relativement élevées, de façon caractéristique dans la plage de +80 OC à +180 OC. En dissipant la chaleur provenant de l'équipement qui fonctionne à ces températures plus élevées en utilisant les conduits de chaleur à base de toluène, le rejet de la chaleur depuis les surfaces de l'engin spatial par l'intermédiaire d'un transfert de chaleur par rayonnement dans l'espace est significativement amélioré et est significativement plus efficace. Les divers avantages et caractéristiques de la présente invention peuvent être plus facilement compris  The present invention thus uses heat conduits containing the fluid acting at an average temperature to distribute and transfer the heat obtained from equipment which operates at relatively high temperatures, typically in the range of +80 OC to + 180 OC. By dissipating heat from equipment operating at these higher temperatures using toluene-based heat pipes, the rejection of heat from the spacecraft surfaces via heat transfer by radiation in space is significantly improved and is significantly more efficient. The various advantages and features of the present invention can be more easily understood

en faisant référence à la description détaillée suivante  with reference to the following detailed description

prise conjointement aux dessins annexés, dans lesquels des références numériques identiques désignent des éléments de structure identiques, et dans lesquels: La figure 1 illustre un dispositif de dissipation de chaleur conforme aux principes de la présente invention, comprenant un exemple de système de radiateurs d'engin spatial disposé sur un engin spatial ou satellite à corps stabilisé sur trois axes caractéristique, et La figure 2 illustre des détails d'un exemple de mode de réalisation du dispositif de dissipation de  taken in conjunction with the accompanying drawings, in which identical reference numerals designate identical structural elements, and in which: FIG. 1 illustrates a heat dissipation device in accordance with the principles of the present invention, comprising an example of a radiator system spacecraft arranged on a spacecraft or satellite with a body stabilized on three characteristic axes, and FIG. 2 illustrates details of an exemplary embodiment of the device for dissipating

chaleur de la présente invention.heat of the present invention.

En se référant aux figures des dessins, la figure 1 illustre un dispositif de dissipation de chaleur 10 conforme aux principes de la présente invention,  Referring to the figures of the drawings, FIG. 1 illustrates a heat dissipation device 10 in accordance with the principles of the present invention,

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comprenant un exemple de système de radiateurs d'engin spatial 10 employé dans un engin spatial 30 ou un satellite 30 à corps stabilisé sur trois axes caractéristique. L'exemple de dispositif de dissipation de chaleur 10 ou système de radiateurs d'engin spatial 10 comprend des premier et second panneaux de radiateur lla, llb qui comprennent chacun un ou plusieurs conduits de chaleur 14, 15 qui constituent un réseau de conduits de chaleur 13. Les emplacements des panneaux de radiateur lla, llb ne sont que des exemples, et peuvent être situés sur une surface quelconque de l'engin spatial 30. Par exemple, les panneaux de radiateur lla, llb peuvent être situés sur des côtés ou surfaces de l'engin spatial 30 situés à l'Est et à l'Ouest, au Nord et au Sud et/ou  comprising an example of a spacecraft radiator system 10 used in a spacecraft 30 or a satellite 30 with a body stabilized on three characteristic axes. The example heat dissipation device 10 or spacecraft radiator system 10 comprises first and second radiator panels 11a, 11b which each include one or more heat pipes 14, 15 which constitute a network of heat pipes 13. The locations of the radiator panels 11a, llb are only examples, and may be located on any surface of the spacecraft 30. For example, the radiator panels 11a, llb may be located on sides or surfaces spacecraft 30 located east and west, north and south and / or

orientés vers ou à l'opposé de la Terre.  oriented towards or opposite the Earth.

Dans un premier mode de réalisation de la présente invention illustré sur la figure 1, le réseau de conduits de chaleur 13 est incorporé entre des revêtements des panneaux intérieur et extérieur 17, 18 des panneaux de radiateur respectifs lia, llb. Une partie centrale en nid d'abeilles 24 est disposée entre les revêtements de panneaux intérieur et extérieur 17, 18 et entoure les réseaux de conduits de chaleur respectifs 13 qui sont incorporés entre ceux-ci. La partie centrale en nid d'abeilles 24 relie thermiquement et structurellement les réseaux de conduits de chaleur 13 aux revêtements opposés  In a first embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1, the network of heat conduits 13 is incorporated between coatings of the interior and exterior panels 17, 18 of the respective radiator panels 11a, 11b. A central honeycomb portion 24 is disposed between the interior and exterior panel coatings 17, 18 and surrounds the respective heat duct networks 13 which are incorporated therebetween. The central honeycomb part 24 thermally and structurally connects the networks of heat conduits 13 to the opposite coatings

17, 18.17, 18.

Chaque réseau de conduits de chaleur 13 comprend des premier et second conduits de chaleur 14, 15 ou des premier et second ensembles de conduits de chaleur 14, 15 disposés sous forme d'une matrice, par exemple, et qui sont en communication thermique. Le premier ensemble de conduits de chaleur 14 (ou les conduits de chaleur latéraux 14) est approximativement perpendiculaire au second ensemble de conduits de chaleur 15 (ou conduits de chaleur de tête 15). Dans le premier mode de réalisation,  Each network of heat conduits 13 comprises first and second heat conduits 14, 15 or first and second sets of heat conduits 14, 15 arranged in the form of a matrix, for example, and which are in thermal communication. The first set of heat pipes 14 (or the side heat pipes 14) is approximately perpendicular to the second set of heat pipes 15 (or head heat pipes 15). In the first embodiment,

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l'équipement de dissipation de chaleur 25 est monté de façon adjacente au premier ensemble de conduits de chaleur latéraux 14 sur les revêtements de panneaux intérieurs 17 des premier et second panneaux de radiateur lia, llb. Le second ensemble de conduits de chaleur de tête 15 est utilisé pour répartir efficacement la chaleur obtenue à partir de l'équipement de dissipation de chaleur 25 vers les revêtements de panneau extérieur  the heat dissipation equipment 25 is mounted adjacent to the first set of lateral heat conduits 14 on the coverings of interior panels 17 of the first and second radiator panels 11a, 11b. The second set of overhead heat conduits 15 is used to efficiently distribute the heat obtained from the heat dissipating equipment 25 to the exterior panel coverings

respectifs 18.respective 18.

La figure 2 illustre des détails d'un exemple d'un second mode de réalisation du dispositif de dissipation de chaleur 10 de la présente invention. Dans le second mode de réalisation, comme cela est représenté sur la figure 2, le réseau de conduits de chaleur 13 est fixé à une surface extérieure des panneaux de radiateur lia, llb. Dans le second mode de réalisation, l'équipement de dissipation de chaleur 25 est fixé à une surface intérieure des panneaux de radiateur lia, llb (la surface arrière du panneau de radiateur lia représentée sur la  Figure 2 illustrates details of an example of a second embodiment of the heat dissipation device 10 of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the network of heat conduits 13 is fixed to an exterior surface of the radiator panels 11a, 11b. In the second embodiment, the heat dissipation equipment 25 is fixed to an interior surface of the radiator panels 11a, 11b (the rear surface of the radiator panel 11a shown in the

figure 2).figure 2).

Les réseaux de conduits de chaleur 13 contiennent un fluide agissant à une température moyenne, tel que le toluène, par exemple. D'autres exemples du fluide agissant à une température moyenne comprennent le méthanol, l'eau, le butane, l'heptane et le pentane, par exemple. Le dispositif de dissipation de chaleur 10 comprenant les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène comme fluide fonctionnant à température moyenne 13 dissipe efficacement la chaleur obtenue à partir de l'équipement de dissipation de chaleur 25. L'équipement de dissipation de chaleur 25 comprend des sources de chaleur qui fonctionnent à des températures de service relativement élevées, de façon caractéristique dans la  The networks of heat conduits 13 contain a fluid acting at a medium temperature, such as toluene, for example. Other examples of the medium acting fluid include methanol, water, butane, heptane and pentane, for example. The heat dissipation device 10 comprising the arrays of heat conduits based on toluene as a medium temperature operating fluid 13 efficiently dissipates the heat obtained from the heat dissipation equipment 25. The heat dissipation equipment 25 includes heat sources that operate at relatively high operating temperatures, typically in the

plage de températures de +80 C à +180 OC.  temperature range from +80 C to +180 OC.

Les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène 13 dissipent de la chaleur vers le revêtement de panneau  Toluene 13 heat duct systems dissipate heat to the panel covering

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extérieur 18 des panneaux de radiateur lia, 11b, qui rayonnent à leur tour la chaleur dans l'espace. Les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène 13 dissipent ainsi efficacement la chaleur générée par l'équipement 25 dont les températures de fonctionnement sont au-dessus du régime de température de fonctionnement  outside 18 of the radiator panels 11a, 11b, which in turn radiate the heat in space. The toluene-based heat pipe networks 13 thus efficiently dissipate the heat generated by the equipment 25 whose operating temperatures are above the operating temperature regime.

des conduits de chaleur à ammoniac classiques.  conventional ammonia heat pipes.

La présente invention permet des économies significatives par rapport aux approches à dissipateurs de chaleur classiques utilisant les dissipateurs de  The present invention provides significant savings over conventional heat sink approaches using heat sinks.

chaleur massifs présentés dans la description de l'art  massive heat presented in the description of the art

antérieur. De même, en utilisant les réseaux de conduits de chaleur à base de toluène 13, la présente invention peut dissiper de la chaleur obtenue à partir de l'équipement 25 qui fonctionne à des températures plus élevées par comparaison aux systèmes de conduits de chaleur classiques. Par conséquent, le rejet de la chaleur depuis les surfaces de l'engin spatial par l'intermédiaire d'un transfert thermique par rayonnement dans l'espace est amélioré et est significativement plus efficace. Ainsi, on a décrit un dispositif de dissipation de chaleur comprenant un système de radiateurs d'engin spatial ou de satellite qui emploie un réseau de conduits de chaleur contenant un fluide agissant à une température moyenne. Il doit être compris que les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont qu'illustratifs de certains des modes de réalisation particuliers qui représentent des applications des principes de la présente invention. Evidemment, des agencements nombreux et autres peuvent être facilement envisagés par l'homme  prior. Likewise, by using toluene-based heat pipe networks 13, the present invention can dissipate heat obtained from equipment 25 which operates at higher temperatures compared to conventional heat pipe systems. Therefore, the rejection of heat from the surfaces of the spacecraft via radiation heat transfer into space is improved and is significantly more efficient. Thus, a heat dissipation device has been described comprising a system of spacecraft or satellite radiators which employs a network of heat conduits containing a fluid acting at a medium temperature. It should be understood that the embodiments described above are only illustrative of some of the particular embodiments which represent applications of the principles of the present invention. Obviously, numerous and other arrangements can be easily envisaged by man

de l'art sans s'écarter de la portée de l'invention.  of art without departing from the scope of the invention.

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Claims (13)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de dissipation de chaleur (10) destiné à être utilisé dans un engin spatial (30) comprenant: des premier et second panneaux de radiateur (lla, llb), et un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) reliés aux premier et second panneaux de radiateur qui  1. A heat dissipation device (10) for use in a spacecraft (30) comprising: first and second radiator panels (lla, llb), and one or more heat conduits (14, 15) connected to the first and second radiator panels which contiennent un fluide agissant à une température moyenne.  contain a medium acting fluid. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le fluide agissant à une température moyenne comprend du toluène.  2. Device according to claim 1, wherein the fluid acting at an average temperature comprises toluene. 3. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre un équipement de dissipation de chaleur (25) relié3. Device according to claim 1 further comprising a heat dissipation equipment (25) connected thermiquement aux conduits de chaleur (14, 15).  thermally to the heat pipes (14, 15). 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) comprennent des premier et second réseaux de conduits de chaleur (13) comprenant des premier et second ensembles de conduits de chaleur (14, 15) agencés sous forme d'une  4. Device according to claim 1, in which the one or more heat conduits (14, 15) comprise first and second arrays of heat conduits (13) comprising first and second sets of heat conduits (14, 15) arranged in the form of a matrice et qui sont en communication thermique.  matrix and which are in thermal communication. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le premier ensemble de conduits de chaleur (14) est généralement perpendiculaire au second ensemble de  5. Device according to claim 4, wherein the first set of heat conduits (14) is generally perpendicular to the second set of conduits de chaleur (15).heat pipes (15). 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et second panneaux de radiateur (lia, llb) comprennent chacun: des revêtements de panneau intérieur et extérieur  6. Device according to claim 1, in which the first and second radiator panels (11a, 11b) each comprise: interior and exterior panel coatings (17, 18),(17, 18), 8 28119638 2811 963 dans lesquels les un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) sont incorporés entre les revêtements de panneau intérieur et extérieur (17), et une partie centrale en nid d'abeilles (24) disposée entre les revêtements de panneau intérieur et extérieur  in which the one or more heat conduits (14, 15) are incorporated between the interior and exterior panel coatings (17), and a central honeycomb portion (24) disposed between the interior and exterior panel coatings qui entourent les conduits de chaleur.  that surround the heat pipes. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier et second panneaux de radiateur (lia, 11b) comprennent chacun: des revêtements de panneau intérieur et extérieur  7. Device according to claim 1, in which the first and second radiator panels (11a, 11b) each comprise: interior and exterior panel coatings (17, 18),(17, 18), une partie centrale en nid d'abeille (24) disposée entre les revêtements de panneau intérieur et extérieur, et dans lequel les un ou plusieurs conduits de chaleur (14, 15) sont montés sur un revêtement sélectionné parmi  a central honeycomb portion (24) disposed between the interior and exterior panel coverings, and in which the one or more heat conduits (14, 15) are mounted on a cover selected from les revêtements de panneau intérieur et extérieur.  interior and exterior panel coatings. 8. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une pluralité de conduits de chaleur (14, 15) reliés aux  8. Device according to claim 1, comprising a plurality of heat conduits (14, 15) connected to the panneaux de radiateur respectifs (lia, l1b).  respective radiator panels (lia, l1b). 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de conduits de chaleur (14, 15) est disposée  9. Device according to claim 8, in which the plurality of heat conduits (14, 15) is arranged entre les panneaux intérieur et extérieur (lia, l1b).  between the interior and exterior panels (lia, l1b). 10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de conduits de chaleur (14, 15) est montée sur des panneaux sélectionnés parmi les panneaux  10. Device according to claim 8, in which the plurality of heat conduits (14, 15) is mounted on panels selected from the panels intérieur et extérieur (lia, l1b).  interior and exterior (lia, l1b). 11. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la partie centrale en nid d'abeilles (24) relie thermiquement et structurellement les réseaux de conduits  11. Device according to claim 6, in which the central honeycomb part (24) thermally and structurally connects the networks of conduits. de chaleur (13) aux revêtements opposés (17, 18).  heat (13) to the opposite coatings (17, 18). 9 28119639 2811 963 12. Dispositif selon la revendication 6, comprenant en outre un équipement de dissipation de chaleur (25) relié thermiquement aux surfaces intérieures des  12. Device according to claim 6, further comprising heat dissipation equipment (25) thermally connected to the interior surfaces of the revêtements de panneaux intérieur et extérieur (17, 18).  interior and exterior panel coatings (17, 18). 13. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2  13. Device according to one of claims 1, 2 et 6 dans lequel l'équipement de dissipation de chaleur (25) fonctionne à des températures entre +80 OC et  and 6 in which the heat dissipation equipment (25) operates at temperatures between +80 OC and +180 C.+180 C.
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