FR3063806A1 - Dispositif de transfert thermique et engin spatial comportant un tel dispositif de transfert thermique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de transfert thermique (2) apte à transférer de la chaleur comprenant un boîtier (5) ayant une première paroi principale (12) et une seconde paroi principale (14), ledit boîtier (5) comportant une cavité interne (6) fermée de manière étanche, un liquide (8) contenu dans la cavité interne (6) et un mélangeur (10) propre à mettre ledit liquide en mouvement, le dispositif de transfert thermique (2) étant propre à être commuter entre un premier état et un deuxième état dans lequel le liquide est en mouvement et transfère par convection de la chaleur entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le premier état étant quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le second état.
Description
© N° de publication : 3 063 806 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 17 52027 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : F28 F13/12 (2017.01), B 64 G 1/22
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 13.03.17. | © Demandeur(s) : AIRBUS DEFENCE AND SPACE SAS |
| ©) Priorité : | Société par actions simplifiée — FR. |
| @ Inventeur(s) : WALKER ANDREW. | |
| ©) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 14.09.18 Bulletin 18/37. | |
| ©) Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Se reporter à la fin du | |
| présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | ® Titulaire(s) : AIRBUS DEFENCE AND SPACE SAS |
| apparentés : | Société par actions simplifiée. |
| ©) Demande(s) d’extension : | © Mandataire(s) : CABINET PLASSERAUD. |
DISPOSITIF DE TRANSFERT THERMIQUE ET ENGIN SPATIAL COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF DE TRANSFERT THERMIQUE.
FR 3 063 806 - A1 kü/y L'invention concerne un dispositif de transfert thermique (2) apte à transférer de la chaleur comprenant un boîtier (5) ayant une première paroi principale (12) et une seconde paroi principale (14), ledit boîtier (5) comportant une cavité interne (6) fermée de manière étanche, un liquide (8) contenu dans la cavité interne (6) et un mélangeur (10) propre à mettre ledit liquide en mouvement, le dispositif de transfert thermique (2) étant propre à être commuter entre un premier état et un deuxième état dans lequel le liquide est en mouvement et transfère par convection de la chaleur entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le premier état étant quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le second état.
Dispositif de transfert thermique et engin spatial comportant un tel dispositif de transfert thermique
La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs de transfert thermique. La présente invention trouve des applications dans de nombreux domaines techniques qui requièrent des transferts de chaleur contrôlés et notamment dans le domaine aérospatial et en particulier pour les satellites en orbite géostationnaires.
En effet, en raison du mouvement de révolution de la terre autour du soleil, les différentes faces d’un satellite géostationnaire ne reçoivent pas la même quantité de rayonnement solaire au cours d’une orbite. En particulier les faces Est et Ouest sont alternativement exposées au soleil est à l’ombre, ce qui produit un environnement thermique variable pour le satellite, tantôt très chaud, tantôt très froid. En conséquences les faces Est et Ouest sont en général isolés thermiquement du satellite. L’évacuation de la chaleur dissipée par les équipements du satellite se fait alors essentiellement par les murs Nord et Sud, ce qui limite la capacité de réjection thermique du satellite à la capacité des radiateurs Nord et Sud. D’autre part, le dimensionnement des radiateurs est fait de sorte que les équipements restent à une température inférieure à celle compatible avec leur bon fonctionnement, dans le cas le plus défavorable, qu’on appelle souvent le« pire cas chaud >>. Ce dimensionnement de « pire cas chaud >> peut alors entraîner un refroidissement excessif des équipements, notamment quand ils ne sont pas en fonctionnement, à une température inférieure à la température minimale qu’ils peuvent supporter. Cela rend nécessaire la présence de dispositifs de chauffage pour maintenir l’équipement à une température suffisante dans le cas plus défavorable qu’on appelle souvent le « pire cas froid >>. En outre, il faut que le générateur solaire du satellite puisse fournir la puissance électrique nécessaire, qui n’est pas forcément disponible, notamment pendant la phase de transfert électrique, où les équipements de la charge utile sont coupés et l’alimentation réservée aux propulseurs électriques assurant le transfert vers l’orbite géostationnaire.
Dans le cas usuel le transport de chaleur vers les radiateurs se fait par des caloducs. Ces caloducs fonctionnent de façon complètement passive et bidirectionnelle de sorte que le problème est particulièrement critique car le caloduc va continuer d’assurer un transfert de chaleur entre les radiateurs et sans avoir la possibilité de l’interrompre.
Le but de la présente invention est de proposer un système de transfert de chaleur contrôlable, léger et fiable qui permette de résoudre les inconvénients précédents.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de transfert de chaleur apte à transférer de la chaleur entre un premier objet et un second objet, comprenant un boîtier ayant une première paroi principale et une seconde paroi principale, la première paroi principale étant destinée à être en contact thermique direct par conduction avec ledit premier objet, la seconde paroi principale étant destinée à être en contact thermique direct par conduction avec ledit second objet, ledit boîtier comportant une cavité interne fermée de manière étanche, un liquide contenu dans la cavité interne et un mélangeur propre à mettre ledit liquide en mouvement, le dispositif de transfert thermique étant propre à être commuté entre un premier état dans lequel le liquide stagne et un deuxième état dans lequel le liquide est en mouvement et transfère par convection forcée de la chaleur entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale lorsque le dispositif de transfert est dans le premier état étant quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale lorsque le dispositif de transfert est dans le second état.
Avantageusement, le dispositif de transfert thermique peut être un bon échangeur thermique dans un état et un bon isolant thermique dans l’autre état. Quand il est couplé à d’autres moyens de transfert thermique, il peut ainsi fonctionner comme un interrupteur thermique de ce moyen de transfert.
Avantageusement, le dispositif de transfert thermique est bidirectionnel. II est donc compatible avec d’autres moyens de transfert thermique bi3063806 directionnels tels que les caloducs. Ainsi, le transport de chaleur peut être réalisé soit du caloduc vers la seconde paroi principale du boîtier soit de la seconde paroi principale du boîtier vers le caloduc.
Avantageusement, ce dispositif de transfert de chaleur présente une masse faible et consomme peu d’énergie électrique.
Avantageusement, ce dispositif de transfert de chaleur présente un faible encombrement.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de transfert thermique comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- Le dispositif de transfert comporte en outre ledit premier objet et dans lequel le premier objet est un caloduc.
- Le dispositif de transfert comporte en outre ledit second objet et dans lequel le second objet est un caloduc. Selon un mode de réalisation, la première paroi principale est en contact thermique direct avec ledit caloduc. Selon un autre mode de réalisation, au moins un objet parmi le premier objet et le second objet est intégré dans au moins une paroi parmi la première paroi principale et la seconde paroi principale.
- Au moins une paroi parmi la première paroi principale et la seconde paroi principale comporte une face externe plane.
Avantageusement, cette paroi plane favorise l’échange thermique avec un objet plat.
- Le boîtier présente la forme d’un parallélépipède ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la hauteur étant la distance entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, et dans lequel la hauteur présente une dimension deux fois inférieure à ladite largeur.
- Le fluide est un fluide diélectrique et dans lequel le mélangeur comporte au moins deux électrodes disposées à intervalle l’une de l’autre et immergées dans le fluide diélectrique, les électrodes et le fluide formant un système électro-hydrodynamique.
Avantageusement, cette forme plane limite la puissance nécessaire à l’entrainement du fluide et augmente la surface d’échange à volume constant.
- Les électrodes s’étendent dans un plan parallèle au plan médian des parois principales.
Avantageusement, ce type de mélangeur est fiable car il ne comporte pas de pièces mécaniques qui pourraient s’user suite à des contacts répétés.
Le mélangeur comporte un premier support propre à porter au moins deux électrodes et un second support propre à porter au moins deux électrodes, les premier et le second supports étant agencés l’un à côté de l’autre dans un même plan parallèle à une paroi principale, les au moins deux d’électrodes portées par le premier support étant alimentées par une première tension, les au moins deux électrodes portées par le second support étant alimentées par une seconde tension, ladite seconde tension étant de signe opposée à la première tension, la circulation du fluide entre les électrodes du premier support et la circulation du fluide entre les électrodes du deuxième support étant de sens opposées.
La conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le premier état est inférieure à 40 W/K/m2 et avantageusement inférieure à 8 W/k/m2.
La conductivité thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le deuxième état est supérieure à 250 W/K/m2 et avantageusement supérieure à 800 W/k/m2.
Le mélangeur est un dispositif d’entrainement mécanique du liquide.
L’invention a également pour objet un engin spatial comprenant :
- une caisse ayant une face Nord, une face Sud opposée à la face Nord, une face Est et une face Ouest opposée à la face Est ;
- au moins un radiateur porté par au moins une face parmi la face Nord la face Sud, la face Est ou la face Ouest,
- au moins un équipement dissipatif relié par un dispositif de transfert thermique nominal à au moins un radiateur ;
caractérisé en ce que le dispositif de transfert thermique nominal comporte au moins un dispositif de transfert thermique selon les caractéristiques mentionnées ci-dessus, de sorte à permettre une conductance thermique commutable entre l’équipement dissipatif et le radiateur selon l’état du dispositif.de transfert thermique.
En variante, l’engin spatial comporte au moins un dispositif de transfert thermique redondant, un caloduc nominal et un caloduc redondant, et dans lequel une paroi principale du dispositif de transfert principal et une paroi principale du dispositif de transfert redondant est en contact thermique avec ledit caloduc nominal et ledit caloduc redondant.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention, d’un premier et un second objets, le dispositif de transfert thermique étant dans un premier état ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe du dispositif de transfert thermique, du premier et du second objets tels qu’illustrés sur la figure 1, le dispositif de transfert thermique étant dans un deuxième état ;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 4 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 6 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 7 est une vue schématique en perspective d’un engin spatial selon la présente invention ; et
- la figure 8 est une vue schématique en perspective d’une partie d’un engin spatial comportant deux dispositifs de transfert thermique montés en redondance.
En référence à la figure 1, le dispositif de de transfert thermique 2 selon l’invention est propre à transférer ou à ne pas transférer de la chaleur par convection forcée entre un premier objet 3 et un second objet 4. II agit comme un interrupteur thermique.
Le dispositif de de transfert thermique 2 peut par exemple être monté dans un engin spatial ou dans tout autre dispositif nécessitant un contrôle d’un flux de chaleur. Le premier 3 et le second 4 objets sont alors par exemple constitués par des caloducs, des composants électroniques, des plaques de support de ces composants électroniques, des équipements. Ainsi, la figure 1 peut par exemple représenter une vue en coupe selon le plan l-l d’un dispositif thermique et de deux caloducs d’une partie d’un engin spatial tel qu’illustré sur la figure 8.
Selon le premier mode de réalisation de l’invention illustré sur la figure 1, le dispositif de transfert thermique 2 comporte un boîtier 5 creux délimitant une cavité interne 6, un liquide 8 contenu dans la cavité interne 6 et un mélangeur 10 propre à mettre en mouvement le liquide et à provoquer une augmentation de la conduction thermique entre deux parties du boîtier 5.
Le boîtier 5 est fermé de manière étanche.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le boîtier 5 présente une forme générale parallélépipédique rectangle muni d’un appendice creux. II présente une première paroi principale 12, une seconde paroi principale 14 opposée à la première paroi principale et quatre parois latérales 16. Le boîtier 5 présente une longueur L, une largeur I et une hauteur h, la hauteur h étant définie comme la distance entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14.
De préférence, le boîtier 5 est plat. Ainsi, le boîtier 5 présente une hauteur de dimension deux fois inférieure à sa largeur I. Sa première 12 et sa seconde parois principales sont en contact thermique avec le premier 3 et le second 4 objets.
Dans ce mode de réalisation, avantageusement, la première 12 et la seconde 14 parois principales comportent une face externe plane 17. Cette planéité favorise l’échange thermique avec le premier et le second objets.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le mélangeur 10 forme avec le liquide un système électro-hydrodynamique 18. Ce système électro-hydrodynamique 18 comporte deux électrodes 20 espacées l’une de l’autre et immergées dans le liquide. Le liquide est un liquide diélectrique. Le liquide est propre à transférer de la chaleur. Un dispositif EHD tel que décrit dans la demande de brevet WO 2015/084238, pourrait être utilisé.
Dans le mode de réalisation représenté, le mélangeur 10 comporte une unité électronique de traitement 24 logé dans l’appendice 22. L’unité électronique de traitement 24 est propre à recevoir un signal de commande et à appliquer ou à ne pas appliquer une tension entre les deux électrodes 20 en fonction de ce signal de commande.
En fonctionnement, le dispositif de transfert de chaleur 2 est un interrupteur thermique propre à être commuté entre un état de conduction thermique faible dit premier état, et un état de conduction thermique élevé dit deuxième état.
Dans le premier état illustré sur la figure 1, aucune tension n’est appliquée entre les deux électrodes 20. Le liquide est immobile. Le liquide stagne. Le dispositif de transfert de chaleur agit comme un isolant. La chaleur du premier objet n’est pas (ou peu) transférée au second objet, même si les deux objets possèdent une température très différente.
Dans le second état illustré sur la figure 2, une tension est appliquée entre les deux électrodes 20. Le liquide est entraîné en mouvement. Si la première paroi principale présente une température supérieure à la seconde paroi principale, de la chaleur est transférée de la première paroi principale 12 par convection vers la seconde paroi principale 14. Si la seconde paroi principale présente une température supérieure à la première paroi principale, de la chaleur est transférée de la seconde paroi principale 12 par convection forcée à la première paroi principale 14.
Avantageusement, ce système est ainsi bidirectionnel et peut être combiné avec des caloducs ou tout autre dispositif de transfert de chaleur bidirectionnel, la combinaison restant bidirectionnelle.
Avantageusement, selon la présente invention, la conductance thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14, lorsque le dispositif de transfert thermique est dans le premier état est quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14, lorsque le dispositif de transfert thermique est dans le second état.
De préférence, la conductance thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14 dans le premier état est inférieure à 40 W/K/m2 et avantageusement inférieure à 8 W/k/m2.
La conductivité thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14 dans le deuxième état est supérieure à 250 W/K/m2 et avantageusement supérieure à 800 W/k/m2.
Un dispositif de transfert de chaleur 26 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 3. Ce dispositif de transfert de chaleur 26 est similaire au dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait qu’un caloduc 28 est intégré dans la première paroi principale 12. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 26 selon le second mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.
L’intégration du caloduc 28 dans la première paroi principale favorise la transmission de la chaleur du liquide calorifère contenu dans le caloduc au liquide contenu dans la cavité interne 6.
Un dispositif de transfert de chaleur 30 selon un troisième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 4. Le dispositif de transfert de chaleur 30 selon le troisième mode de réalisation de l’invention ne sera pas décrit en totalité, seules les différences par rapport au dispositif de transfert thermique selon le premier mode de réalisation seront décrites. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 30 selon le troisième mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.
Dans ce mode de réalisation, les deux électrodes 20 sont remplacées par plusieurs paires d’électrodes identiques. Chaque électrode ayant la forme d’une grille 32. Le mélangeur 10 comporte en outre un support propre à porter les électrodes 32 de manière à ce que celles-ci soient superposées les unes aux autres selon la direction Y. Les électrodes 32 s’étendent dans un plan (X, Z) parallèle au plan médian des parois principales 12, 14. Les électrodes sont en outre espacées les unes des autres par un espace libre e. Chaque paire d’électrodes est alimentée en parallèle par l’unité électronique de traitement 24. Un dispositif tel que décrit à la figure 6 de la demande de brevet WO 2015/084238 pourrait être utilisé.
De préférence, les électrodes 32 s’étendent sur une surface inférieure à la surface intérieure de la première paroi principale 12. Ainsi, une portion de la cavité 6 n’est pas parcourue par les électrodes et est destinée au retour de fluide. Un tel agencement entraîne un déplacement du fluide selon une boucle tangente à la première 12 et à la seconde 14 parois principales. Un compromis est à trouver entre la surface des électrodes en forme de grille plate qui doit être maximisée pour l’entrainement du fluide et l’espace restant qui doit être suffisant pour assurer le retour du fluide en limitant les pertes de charge.
L’unité électronique de traitement 24 est propre à appliquer une tension à chaque électrode de manière à générer une différence de potentiel entre chaque paire d’électrodes adjacentes. Les différences de potentiel entre chaque paire d’électrodes adjacentes du support 34 sont toutes de même signe. Une différence de potentielle égale à la somme des différences de potentiel entre chaque paire d’électrodes adjacentes est générée entre l’électrode supérieure et l’électrode inférieure.
En fonctionnement, lorsque le dispositif de transfert thermique 30 est dans le second état, le liquide est propre à se déplacer selon des boucles présentant une première portion de trajet T1 dirigée selon une direction Y perpendiculaire aux électrodes, une deuxième portion de trajet T2 courbe selon une direction appartenant au plan de la seconde paroi principale, une troisième portion de trajet T3 selon une direction opposée à la direction Y et une quatrième portion de trajet T4 selon une direction appartenant au plan de la première paroi principale.
Un dispositif de transfert de chaleur 42 selon un quatrième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 5. Le dispositif de transfert de chaleur 42 selon le quatrième mode de réalisation de l’invention ne sera pas décrit en totalité seules les différences par rapport au dispositif de transfert thermique selon le troisième mode de réalisation seront décrites. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 42 selon le quatrième mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 30 selon le troisième mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.
Le dispositif de transfert de chaleur 42 selon le quatrième mode de réalisation de l’invention comporte un premier support 44 portant des électrodes 32 et un second support 46 supportant des électrodes 32. Le second support 32 est disposé adjacent au premier support 44.Dans ce mode de réalisation, les supports 44, 46 et électrodes 32 occupent l’ensemble de la surface interne du boîtier 5.
Le premier 44 et le deuxième 46 supports sont identiques au support du dispositif de transfert thermique selon le troisième mode de réalisation à l’exception du fait qu’il comporte un nombre inférieur d’électrodes sur l’exemple illustré sur la figure 5.
L’unité électronique de traitement 24 est propre à appliquer une première tension U1 entre l’électrode supérieure et l’électrode inférieure du premier support 44 et une seconde tension U2 entre l’électrode supérieure et l’électrode inférieure du second support 46. La première tension U1 est de signe opposé à la seconde tension U2.
En fonctionnement, dans le second état, le liquide 8 se déplace selon une première de portion de trajet T1 qui s’étend selon la direction Y au travers des électrodes du premier support 44, une deuxième portion de trajet T2 selon une direction parallèle au plan des électrodes, une troisième portion de trajet T3 qui s’étend selon la direction Y au travers des électrodes du deuxième support 46 et une quatrième portion de trajet T4 selon une direction parallèle au plan des électrodes.
Un dispositif de transfert de chaleur 48 selon un cinquième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 6. Le dispositif de transfert de chaleur 48 selon le cinquième mode de réalisation de l’invention ne sera pas décrit en totalité, seules les différences par rapport au dispositif de transfert thermique selon le premier mode de réalisation seront décrites. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 48 selon le cinquième mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.
Dans ce mode de réalisation, le boîtier 50 présente une section semisphérique aplatie. II présente une longueur L qui s’étend selon la direction Z. En particulier, le boîtier 50 présente une section de forme elliptique. Le boîtier présente une première paroi principale 52 courbe en contact thermique avec un premier objet 3 et une seconde paroi principale courbe 54 en contact thermique avec un second objet 4.
Le liquide contenu dans la cavité interne 6 n’est pas diélectrique.
Dans ce mode de réalisation, le mélangeur 10 comprend un actionneur rotatif 54, un arbre rotatif 56 et des pales 60 montées sur l’arbre rotatif et entraînées en rotation par l’actionneur rotatif 54. Un agitateur magnétique pourrait également être utilisé.
En fonctionnement, le dispositif de transfert thermique 48 est commuté entre un premier état dans lequel l’actionneur rotatif 54 n’est pas en fonctionnement et un second état dans lequel l’actionneur rotatif 54 est mis en mouvement.
Dans le premier état, le liquide stagne, la conduction thermique entre la première paroi principale 52 et la seconde paroi principale 54 est faible. Dans le second état, l’actionneur rotatif 54 est mis en fonctionnement. II y a un transfert de chaleur entre la première paroi principale 52 et la seconde paroi principale 54.
En variante, le mélangeur 10 comprend une pâle propre à battre le liquide pour le mélanger.
Le dispositif de transfert thermique selon la présente invention peut par exemple être monté sur un engin spatial 62 comme illustrés sur les figures 7 et
8.
En référence à la figure 7, un engin spatial 62 du type satellite géostationnaire se présente sous la forme d'une caisse parallélépipédique délimitant un espace intérieur 65 et un espace extérieur 66. Cette caisse présente toujours la même face dirigée vers la Terre, cette face étant appelée la face Terre 68. La face opposée et parallèle à la face Terre 68 est quant à elle appelée la face anti- Terre. Elle n’est pas représentée sur la figure 7.
La face - X, aussi appelée face Est (non représentée), et la face +X, aussi appelée face Ouest 74, sont des faces opposées, parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction de déplacement de l'engin spatial. Des antennes de communication 76 sont généralement fixées sur les faces - X et +X.
La face - Y, aussi appelée face Nord 78, et la face + Y, aussi appelée face Sud 80, sont deux autres faces de la caisse. Elles sont opposées, parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe Nord-Sud de la Terre.
Un premier radiateur principal 82, généralement appelé radiateur Nord, est fixé à et s’étend sur la face -Y 78. Un second radiateur principal 84, généralement appelé radiateur Sud, est fixé à et s’étend sur la face +Y 80.
Cette caisse porte des équipements dissipatifs de chaleur, des réseaux 90 de caloducs propres à transférer de la chaleur générée par les équipements dissipatifs vers les radiateurs 82, 84, des réseaux 92 de caloducs propres à transférer de la chaleur sur la face -X et des dispositifs de transfert thermique 2, 102 montés entre les réseaux 90, 92 de caloducs pour autoriser ou interdire le transfert de chaleur d’un réseau de caloducs à l’autre. Les équipements dissipatifs de chaleur sont en général situés à l’intérieur de la caisse. Ils ne sont pas représentés sur la figure 7.
Les équipements dissipatifs 86 sont illustrés schématiquement sur la figure 8. Ils comprennent de façon classique des équipements de radiofréquences actifs ou passifs, des composants électroniques, des instruments de mesure, des unités de calcul et des batteries.
Un troisième réseau de caloducs (non représenté) peut également être monté sur la face interne du radiateur 82 et des dispositifs de transfert thermique peuvent être montés entre le troisième réseau de caloducs et le réseau de caloducs 92.
La figure 8 illustre un exemple d’utilisation de deux dispositifs de transfert thermique 2, 102 selon la présente invention montés en redondance entre un premier réseau de caloducs 90 monté sur la face 80 et un second réseau de caloduc 92 monté sur la face 74.
Un dispositif de transfert thermique est dit dispositif de transfert thermique nominal 2. L’autre dispositif de transfert thermique est dit dispositif de transfert thermique redondant 102.
Le premier réseau 92 comporte un caloduc dit caloduc nominal 94 et un caloduc, dit caloduc redondant 96.
Dans cet exemple, le caloduc nominal 94 et le caloduc redondant 96 sont en contact thermique direct avec la première paroi principale du dispositif de transfert thermique nominal 2 et avec la première paroi principale 12 du dispositif de transfert thermique redondant 102. La seconde paroi principale 14 du dispositif de transfert thermique nominal 2 et la seconde paroi principale 14 du dispositif de transfert thermique redondant 102 sont en contact thermique direct avec les caloducs du second réseau de caloducs 90.
Cette mise en œuvre de la présente invention assure une double redondance puisque à la fois en en cas de percement d’un caloduc par une météorite ou en cas de percement d’un dispositif de transfert thermique par une météorite, la transmission de chaleur est assurée par l’autre caloduc ou l’autre dispositif de transfert thermique.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) apte à transférer de la chaleur entre un premier objet (3) et un second objet (4), comprenant un boîtier (5, 50) ayant une première paroi principale (12, 52) et une seconde paroi principale (14, 54), la première paroi principale (12, 52) étant destinée à être en contact thermique direct par conduction avec ledit premier objet (3) , la seconde paroi principale (14, 54) étant destinée à être en contact thermique direct par conduction avec ledit second objet (4), ledit boîtier (5, 50) comportant une cavité interne (6) fermée de manière étanche, un liquide (8) contenu dans la cavité interne (6) et un mélangeur (10) propre à mettre ledit liquide en mouvement, le dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) étant propre à être commuté entre un premier état dans lequel le liquide (8) stagne et un deuxième état dans lequel le liquide est en mouvement et transfère par convection forcée de la chaleur entre la première paroi principale (12, 52) et la seconde paroi principale (14, 54), la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale lorsque le dispositif de transfert est dans le premier état étant quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale lorsque le dispositif de transfert est dans le second état.
- 2, - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) selon la revendication 1, qui comporte en outre ledit premier objet (3) et dans lequel le premier objet est un caloduc (28).
- 3, - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, qui comporte en outre ledit second objet (4) et dans lequel le second objet est un caloduc (28).
- 4, - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42) selon l’une quelconques des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une paroi parmi la première paroi principale (12) et la seconde paroi principale (14), comporte une face externe plane (17).
- 5. - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42) selon l’une quelconques des revendications 1 à 4, dans lequel le boîtier présente la forme d’un parallélépipède ayant une longueur (L), une largeur (I) et une hauteur (h), la hauteur (h) étant la distance entre la première paroi principale (12) et la seconde paroi principale (14), et dans lequel la hauteur (h) présente une dimension deux fois inférieure à ladite largeur (I).
- 6. - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le fluide (8) est un fluide diélectrique et dans lequel le mélangeur (10) comporte au moins deux électrodes (20, 32) disposées à intervalle (e) l’une de l’autre et immergées dans le fluide diélectrique, les électrodes (20, 32) et le fluide (8) formant un système électrohydrodynamique (18).
- 7. - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42) selon la revendication 6, dans lequel lesdites électrodes (20, 32) s’étendent dans un plan parallèle au plan médian des parois principales (12, 14).
- 8. - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) ) selon l’une quelconque des revendications 6 et 7, dans lequel le mélangeur (10) comporte un premier support (36) propre à porter au moins deux électrodes (20, 32) et un second support (38) propre à porter au moins deux électrodes (20, 32), les premier (36) et le second (38) supports étant agencés l’un à côté de l’autre dans un même plan parallèle à une paroi principale (12, 14), les au moins deux d’électrodes (20, 32) portées par le premier support (36) étant alimentées par une première tension (U1), les au moins deux électrodes portées par le second support (38) étant alimentées par une seconde tension (U2), ladite seconde tension (U2) étant de signe opposée à la première tension (U1), la circulation du fluide entre les électrodes (20, 32) du premier support (36) et la circulation du fluide entre les électrodes (20, 32) du deuxième support (38) étant de sens opposées.
- 9. - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la conductance thermique entre la première paroi principale (12, 52) et la seconde paroi principale (14, 54) dans le premier état est inférieure à 40 W/K/m2 et avantageusement inférieure à 8 W/k/m2
- 10. - Dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la conductivité thermique entre la première paroi principale (12, 52) et la seconde paroi principale (14, 54) dans le deuxième état est supérieure à 250 W/K/m2 et avantageusement supérieure à 800 W/k/m2.
- 11. Dispositif de transfert thermique (48) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le mélangeur est un dispositif d’entrainement mécanique du liquide (8).
- 12,- Engin spatial (62) comprenant :- une caisse ayant une face Nord (78), une face Sud (80) opposée à la face Nord, une face Est (72) et une face Ouest (74) opposée à la face Est ;- au moins un radiateur (82, 84) porté par au moins une face parmi la face Nord (78) la face Sud (80), la face Est (72) ou la face Ouest (74),- au moins un équipement dissipatif 86) relié par un dispositif de transfert thermique nominal (2) à au moins un radiateur (82,84) ;caractérisé en ce que le dispositif de transfert thermique nominal (2) comporte au moins un dispositif de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, de sorte à permettre une conductance thermique commutable entre l’équipement dissipatif (86) et le radiateur (82, 84) selon l’état du dispositif.de transfert thermique (2, 26, 30, 42, 48).
- 13.- Engin spatial (62) selon la revendication 12, qui comporte au moins un dispositif de transfert thermique redondant (102) , un caloduc nominal (94) et un caloduc redondant (96), et dans lequel une paroi principale (12, 14) du dispositif de transfert principal (2) et une paroi principale (12, 14) du dispositif de transfert redondant (102) est en contact thermique avec ledit caloduc nominal (94) et ledit caloduc redondant (96).1/42/4
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