(57)【要約】【課題】  宇宙船用の熱管理装置を提供する。【解決手段】  本発明は、放熱器の領域に位置する凝縮領域を介して熱を低温の宇宙空間に放出する前に、蒸発領域において宇宙船の放熱装置のグループにより発散されるこの熱を収集することを目的とする、熱管理装置に関する。蒸発領域及び凝縮領域は各々、それぞれの熱交換面（４０）にわたって分布し、熱流体循環手段（１１、１２）の管により直列及び／又は並列に接続された、複数の小型熱交換要素（２１、２２）のネットワークを備える、少なくとも１つの熱交換部分からなる。  このような装置は、とりわけ電気通信衛星向けである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮領域を介して熱を低温の宇宙空間に放出する前に、蒸発領域において宇宙船の放熱装置のグループにより発散されるこの熱を収集することを目的とする、熱管理装置であって、
宇宙船が複数の構造用パネル及び、少なくとも前記蒸発領域と前記凝縮領域を閉ループ内で接続する、熱流体を循環させる手段を含む熱管理装置を備え、前記蒸発領域が、直接又は間接的に他の熱伝達手段を介して放熱装置と熱を交換するための、第１の熱交換面を構成し、前記凝縮領域が、直接又は間接的に他の熱伝達手段を介して宇宙空間へと放熱する放熱器と熱を交換するための、第２の熱交換面を構成している熱管理装置において、
前記蒸発領域及び／又は前記凝縮領域が、それぞれの熱交換面（４０）にわたって分配され、熱流体循環手段（１１、１２）の管により直列及び／又は並列に接続された、複数の小型熱交換要素（２１、２２）のネットワークを含む、少なくとも１つの熱交換部分（２００）からなることを特徴とする熱管理装置。
【請求項２】
その平面に直角な横断方向においてかなり熱伝導率の低い導体である、少なくとも１つのパネルが、前記宇宙船の内面上に前記蒸発領域の少なくとも１つの熱交換部分を備え、前記宇宙船の外面上に前記凝縮領域の少なくとも１つの熱交換部分を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記蒸発領域の少なくとも１つの熱交換部分（２００）が、片側で前記小型の熱交換要素（２１、２２）と接し、反対側で前記放熱装置と接する熱伝達手段（３１０、３１１）と共に組み立てられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱管理装置。
【請求項４】
前記凝縮領域の少なくとも１つの熱交換部分が、一方で前記小型の熱交換要素と接し、他方で放熱器と接する熱伝達手段（３２０、３１１）と共に組み立てられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱管理装置。
【請求項５】
前記熱流体循環手段が第１及び第２の循環回路（１１、１２）を備え、前記蒸発領域（２００）の熱交換部分と共に組み立てられた前記熱伝達手段（３１０、３１１）が、少なくとも第１及び第２の小型熱交換要素（２１、２２）と接触を持ち、前記第１要素（２１）が前記第１の熱流体循環回路（１１）と接し、前記第２要素（２２）が前記第２の循環回路（１２）と接していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱管理装置。
【請求項６】
前記熱流体循環手段が第１及び第２の循環回路（１１、１２）を備え、前記凝縮領域の熱交換部分と共に組み立てられた前記熱伝達手段（３２０、３２１）が、少なくとも第１及び第２の小型熱交換要素（６１、６２）と接触を持ち、前記第１要素が前記第１の熱流体循環回路と接し、前記第２要素が前記第２の循環回路と接していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱管理装置。
【請求項７】
前記蒸発領域及び／又は前記凝縮領域が複数の熱交換部分（２００、２０１、２０２）からなり、前記熱流体循環手段が前記装置を直列及び／又は並列に接続することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱管理装置。
【請求項８】
前記熱流体循環ループがまた前記蒸発領域のすぐ上流にある膨張領域、及び前記蒸発領域のすぐ下流にある圧縮領域を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記熱流体循環手段が、前記凝縮領域と前記蒸発領域が入れ替えられるように熱流体が循環する方向を逆にするための手段を備えることを特徴とする、請求項８に記載の熱管理装置。
【請求項１０】
前記膨張領域が、１つ以上の異なる温度レベルにおいて、前記蒸発領域におけるｎ箇所の複数の熱交換部分用に温度制御を提供するために、ｎ個の複数の減圧弁を備え、前記熱流体循環手段が前記装置を並列に接続することを特徴とする、請求項８又は９に記載の熱管理装置。
【請求項１１】
前記熱流体の循環手段が機械式ポンプ（３）であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱管理装置。
【請求項１２】
前記熱流体の循環手段が毛細管式ポンプであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱管理装置。
【請求項１３】
前記凝縮領域が直列及び／又は並列に構成され、放熱パネルに直接接続された熱流体循環手段である、筒状導管タイプの熱交換要素も含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記蒸発領域が直列及び／又は並列に構成され、放熱装置に直接接続された熱流体循環手段である、筒状導管タイプの熱交換要素も含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の熱管理装置を備えることを特徴とする電気通信衛星。
【請求項１６】
運転モジュール及び通信モジュールを備える人工衛星であって、前記モジュールの構造用パネルの外面が少なくとも１つの放熱器を支持することを特徴とする、請求項１５に記載の人工衛星。
【請求項１７】
少なくとも１つの放熱器が展開可能であることを特徴とする、請求項１５〜１６のいずれか一項に記載の人工衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、人工衛星の、そしてより一般的には宇宙船の放熱装置のグループ用の熱管理装置の分野である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、人工衛星はそれらが宇宙に送られるための任務、とりわけ観測又は電気通信の任務の機能を行なうことを目的とする一連の装置を含む。この装置は、それが予定通りの温度範囲内に留まるように、衛星の構造物から排出されるべき相当な量のエネルギーを消費し発散する。それを行なうために、衛星は、とりわけ一般にヒートパイプとして知られる、熱流体循環パイプを含み、流体のループが放熱装置の熱を、宇宙へ熱エネルギーを放射する放熱要素に運ぶことを可能にする熱管理装置を備える。人工衛星において、その上に放熱面を設置する構造用パネルを用いることは一般的な方法である。そのような構成において、排出され得る熱エネルギーは構造用パネルの大きさにより制限される。人工衛星は検討事項の中で特に、熱管理システムの質量を最小化するような方法で寸法を決定され、関連する要素の寸法は、それらが衛星内へ最終的に組み込まれることができるように制限されなければならず、衛星に関連する大きさは又、それが打ち上げロケット内へ最適に組み込まれ得るように制限されなければならない。宇宙空間への熱の排出を改善するように、発散される熱の幾分かを除去し、従って装置が許容温度水準に確実に保たれるようにするため、より高い、又はより低い温度で放熱できる、両側又は片側の展開可能な放熱面を衛星に設置することは、既知の方法である。しかしながら、このような展開可能なシステムは、衛星の構造をより重くし、パネルを展開するための制御手段及び機構の存在を通じて、冷却装置の大きさと複雑さを増加させる。
【０００３】
宇宙船に搭載され、仏国特許出願公開第２９１２９９５Ａ１号明細書に記述されている熱管理装置が既知である。その装置は、放熱装置がそれらの関連する放熱器から熱的に切り離されることを可能にし、そして互いに分離され得る幾つかの液体分路を含む流体循環回路を用いて、宇宙空間へと排出されるべき熱エネルギーの量に従い、放熱用の熱交換面の面積を変化させる。このシステムは欠点を有する。熱管理装置の液体回路、特に宇宙空間へ向いている放熱面と接する凝縮領域は、流星塵の攻撃にさらされる。そのため、凝縮領域及び、必要に応じて蒸発領域における熱交換要素の厚みを増すか、あるいは完全に重複する液体回路を設置することにより、熱管理装置の信頼性を改善することが既知の方法である。これら２つの手法は質量の点で非常に不利益をもたらす。さらに、蒸発領域と凝縮領域とが連続する配管システムで構成されるとき、とりわけ熱流動的不安定性を避けるために全直列構成が優先される場合に圧力低下が無視できない可能性があり、これは高温における放熱の目的を達成するために、追加的な圧縮作業を課する。これは装置の質量、エネルギー消費に対する影響力を有し、蒸発器及び凝縮器が信頼性の故に冗長性を持たねばならないとき、集積した制約を示し、それは特に装置における多数の管について当てはまる。最後に、今日の構造用パネルは熱伝導性であり、それはこの装置をその内面に取り付けるのは考えられないことを意味し、一方で同時に、衛星の内側に対して反対側に位置する装置の温度レベルに影響を与えることなしに、より高い温度の外表面における熱エネルギーを排出するのは考えられないことを意味する。それは、複数のパネルが必要な熱的分離を与えるために重ねられる必要があるか、又は追加の展開可能な構造が用いられる必要があり、両方の解決策とも全体重量を大幅に増加させることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、衛星の熱管理装置の目標の信頼度を達成することと、同時にその効率を最適化し質量を最小化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このために、本発明はまず、全般的に、凝縮領域を介して熱を低温の宇宙空間に放出する前に、蒸発領域において宇宙船の放熱装置のグループにより発散されるこの熱を収集することを目的とする、熱管理装置に関し、宇宙船は複数の構造用パネル及び、少なくとも蒸発領域と凝縮領域を閉ループ内で接続する、熱流体を循環させる手段を含む熱管理装置を備え、蒸発領域は、直接又は間接的に他の熱伝達手段を介して構造用パネルと関連する放熱装置と熱を交換するための、第１の熱交換面を構成し、凝縮領域は、直接又は間接的に他の熱伝達手段を介して宇宙空間へと放熱する放熱器と熱を交換するための、第２の熱交換面を構成する。
【０００６】
有利なことに、蒸発領域及び／又は凝縮領域は、それぞれの熱交換面にわたって分配され、熱流体循環手段の管により直列及び／又は並列に接続された、複数の小型熱交換要素のネットワークを含む、少なくとも１つの熱交換部分からなる。
【０００７】
蒸発領域は、直接又は間接的に他の熱的手段を介して放熱装置に接続され得る、第１の熱交換面を構成する。凝縮領域は、直接及び／又は間接的に他の熱的手段を介して放熱面に接続され得る、第２の熱交換面を構成する。小型の熱交換要素は、放熱装置と直接接触し得るか、又はヒートパイプ及び／又は流体ループなどの装置に接続された熱伝達手段と接触し得る。
【０００８】
「小型の熱交換要素」が意味するのは、一般的に蒸発領域において蒸発器として知られ、凝縮領域において凝縮器として知られる要素である。
【０００９】
小型の熱交換要素の使用は、流星塵の活動から保護されるべき表面積と、それゆえ交換器の質量を制限することを可能にし、一方で蒸発領域と放熱装置を通って循環する流体間の熱勾配及び、他方で凝縮領域と放熱面を循環する流体間の熱勾配を最小限にすること可能にする。さらに、それらのコンパクトさは、一方で流体がそれらの中を循環する長さの制限を可能にし、従って流体の圧力低下の制限を可能にすることを意味する。これは蒸発領域及び凝縮領域において、全直列の熱流動ネットワークの設置を可能にし、あるいは最低限でも前記熱交換領域における並列の流体分路の数を制限することを可能にし得る。
【００１０】
好適な代替の一形態において、その平面に直角な横断方向においてかなり熱伝導率の低い導体である、少なくとも１つのパネルは、宇宙船の内面上に蒸発領域の少なくとも１つの熱交換部分を備え、宇宙船の外面上に凝縮領域の少なくとも１つの熱交換部分を備える。前記構造用パネルは一般に宇宙空間へ向いており、その寸法決めを通じて、それが任務によって課される別の環境的制約に従うように選ばれる。従って、蒸発領域の一定の熱交換要素がこれらのパネルの内の１つにおいて、パネルの内側又は外側の内面領域で作られてもよく、一方で凝縮領域の一定の熱交換要素が、必要に応じて、蒸発領域の熱交換要素よりも高い温度で放熱できるようにその外面へ熱を伝達するため、この同じパネルの領域で対向して作られる。装置の運転温度に関連した高い温度における放熱の場合、衛星の構造用パネルは従って放熱パネルとして維持されることができ、従って高温における熱エネルギーの放射のみを目的とする、別の固定式又は展開可能な構造を伴う解決策との比較において、熱管理システムの全体質量の最終結果を低減する。
【００１１】
代替の一形態によれば、蒸発領域の少なくとも１つの熱交換部分が、片側で小型の熱交換要素と接し、反対側で放熱装置と接する熱伝達手段と共に組立てられる。熱伝達手段は、前記面上に配置された幾つかの要素を用いて、表面を部分的に覆う。これらの熱伝達手段はヒートパイプ及び／又は流体ループであり得る。
【００１２】
この構成は、ヒートパイプ及び放熱装置のレイアウトにより必要とされる、単純な管により共に接続されたできる限り多くの要素に分解される、蒸発領域の全体表面積の制限を可能にする。そのような交換は効率的な熱交換を許容する。さらにそれらのコンパクトさは、一方で流体がそれらの内部を循環する長さを制限して、それゆえ流体の圧力低下を制限できるようにし、他方で流星塵の活動に直接又は間接的にさらされる熱交換要素の面積を制限できるようにする。これは熱交換要素のために必要な追加的な厚さの質量を低減し、従って熱管理システムの質量を制限する。そのような局部的に配置された小型の蒸発器のレイアウトにより、熱流動ネットワークが全直列構成で設置され得る。あるいは最低限でも蒸発領域における並列の流体分路の数を制限することを可能にするであろう。
【００１３】
代替の一形態によれば、凝縮領域の少なくとも１つの熱交換部分は、片側で小型の熱交換要素と接し、反対側で放熱器と接する熱伝達手段と共に組み立てられる。同様に、熱伝達手段は表面に配置された幾つかの要素を用いて、前記表面を部分的に覆う。これらの熱伝達手段は、ヒートパイプ及び／又は流体ループであってもよい。
【００１４】
この構成は、ヒートパイプ及び放熱面のレイアウトにより必要とされる限り多くの要素に分解された、凝縮領域の全体表面積の制限を可能にし、その要素は単純な管によって共に接続される。そのような交換器は効率的な熱交換を可能にする。さらにそれらのコンパクトさは、一方で流体がそれらの内部を循環する長さを制限して、それゆえ流体の圧力低下を制限できるようにし、他方で宇宙空間に、従って流星塵の活動にさらされる熱交換要素の面積を制限できるようにする。それゆえ、衝撃の確率は限られる。これは宇宙空間に面する熱交換要素用に必要とされる、追加的な厚さの質量を低減し、それゆえ熱管理システムの質量を制限する。そのような局部的に配置された小型の凝縮器のレイアウトにより、熱流動ネットワークが全直列構成で設置され得る。あるいは最低限でも凝縮領域における並列の流体分路の数を制限することを可能になるであろう。
【００１５】
本発明の代替の一形態によれば、蒸発領域の様々な熱交換部分における流体の循環手段は、直列及び／又は並列の構成を有する。全直列構成は、それが様々な熱交換部分の間の熱流動的不安定性を制限するため好ましい。しかしながら、そのような構成は、許容できる圧力低下の観点からは必ずしも実現可能でない。並列の構成において、任務を常に破損モードでも行なうことができるように、故障の際に、１つの熱交換部分がシステムの残りの部分から分離されるよう、分路を隔てるために要素を用いることが可能である。この構成は蒸発領域において冗長性の必要を無くすことを可能にし得る。従って一般的に熱管理装置において、重量が大幅に軽減される。
【００１６】
本発明の代替の一形態によれば、凝縮領域の様々な熱流体循環回路内で流体を循環させる手段は、直列及び／又は並列の構成を有する。並列の構成においては、１つの熱流体回路が失われた場合、それを熱的システムの残りの部分から切り離すことで任務を破損モードで実施できるように、分離要素を用いることが可能である。このレイアウトは凝縮領域において冗長性の必要を無くすことを可能にし得る。従って一般的に熱管理装置において、重量が大幅に軽減される。
【００１７】
本発明の代替の一形態によれば、熱流体循環手段は第１及び第２の循環回路を備え、凝縮領域の熱交換部分と共に組み立てられた熱伝達手段は、少なくとも第１及び第２の小型熱交換要素と接触を持ち、第１要素は第１の熱流体循環回路と接し、第２要素は第２の循環回路と接している。
【００１８】
本発明の代替の一形態によれば、熱流体循環手段は第１及び第２の循環回路を備え、蒸発領域の熱交換部分と共に組み立てられた熱伝達手段は、少なくとも第１及び第２の小型熱交換要素と接触を持ち、第１要素は第１の熱流体循環回路と接し、第２要素は第２の循環回路と接している。
【００１９】
本発明の代替の一形態によれば、蒸発領域は直列及び／又は並列に構成され、放熱装置に直接接続された実際の熱流体循環手段である、筒状導管タイプの熱交換要素を含む。
【００２０】
本発明の代替の一形態によれば、凝縮領域は直列及び／又は並列に構成され、放熱パネルに直接接続された実際の熱流体循環手段である、筒状導管タイプの熱交換要素を含む。
【００２１】
代替の一形態によれば、蒸発領域及び／又は凝縮領域は複数の熱交換部分（２００、２０１、２０２）で構成され、熱流体循環手段は前記装置を直列及び／又は並列に接続する。
【００２２】
熱機関タイプの代替の一形態によれば、熱流体循環ループはまた蒸発領域のすぐ上流にある膨張領域、及び蒸発領域のすぐ下流にある圧縮領域を備える。この最後の代替形態の一実施形態によれば、熱流体循環手段は、凝縮領域と蒸発領域が入れ替えられるように熱流体が循環する方向を逆にするための手段を備える。最後の２つの代替の形態のいずれかによれば、膨張領域は、１つ以上の異なる温度レベルにおいて、蒸発領域におけるｎ箇所の複数の熱交換部分用に温度制御を提供するために、ｎ個の複数の減圧弁を備え、熱流体循環手段は前記装置を並列に接続する。循環手段を通じて、本発明の装置はこの代替の形態において、蒸発領域を離れる、結果として得られた蒸気を圧縮し、従って高温において及び放熱により全てのエネルギーを効率的に低温の宇宙空間に排出するであろう、固定式又は展開可能な放熱器において流体を凝縮させる前にその温度を上昇させるため、構造用パネル（衛星の主要な壁及び内部ラック）と関連する、いわゆる蒸発領域内で、衛星を経由して発散される全て又は幾分かの熱を収集することを提案する。蒸発領域及び凝縮領域において、熱流動的に効率の良い小型要素を使用する選択肢は、高温で放熱するために必要な圧縮のレベルが最小化されることを意味し、そしてこれは熱管理装置のエネルギー消費に対してかなりの影響を与え、また、それ自体の重量を明らかに軽減する。
【００２３】
本発明の代替の一形態によれば、熱機関の代替形態とは別に、上記で提案された解決策は、流体の循環手段が機械式ポンプである、蒸発領域と凝縮領域を有するあらゆる二相性のループに適用される。
【００２４】
本発明の代替の一形態によれば、熱機関の代替形態とは別に、上記で提案された解決策は、流体の循環手段が毛細管式ポンプである、蒸発領域と凝縮領域を有するあらゆる二相性のループに適用される。
【００２５】
本発明は特に電気通信衛星用を目的とする。有利なことに、それは前記段状に配置された放熱装置と接する熱交換部分を含む。衛星は運転モジュール及び通信モジュールを備え、有利なことに両モジュールの構造用パネルの外表面は少なくとも１つの放熱器を支持する。代替の一形態において、衛星の少なくとも１つの放熱器は展開可能である。
【００２６】
本発明は何らの限定を示唆することなく与えられる、以下に続く記述を読み、そして添付図を検討することによって、より良く理解され、別の利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明が適用される装置の水力構造の機能図を表わす。それは蒸発領域、凝縮領域、及び熱伝達液あるいは冷却液の循環手段を備える構造を表わす。
【図２】本発明による装置において使われることを目的とする、蒸発領域の熱交換部分を表わす。
【図３】本発明による装置において使われることを目的とする、凝縮領域の熱交換部分を表わす。
【図４】本発明による蒸発領域及び凝縮領域用の装置において、並列及び直列に構成された複数の熱交換要素の線図を表わす。
【図５】逆の循環モードにおける熱管理装置の水力構造を表わす。熱流体は圧縮システムを用いて循環させられる。
【図６】熱流体が機械式ポンプを用いて循環させられる、熱管理装置の水力構造を表わす。
【図７】熱流体が毛細管式ポンプを用いて循環させられる、熱管理装置の水力構造を表わす。
【図８】熱流体が圧縮機を用いて循環させられる、熱管理装置の水力構造を表わす。それは本発明による装置の動作モードに従う、相互に逆である熱流体の循環の２つのモードを表わす。
【図９】内面に対して蒸発領域の部分と接する放熱装置を備え、外面に対して放熱面と接する凝縮領域の部分を備える衛星の構造用パネルを表わす。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明が適用される装置の水力構造の一実施形態の機能図を表わす。熱管理装置は、蒸発領域、凝縮領域、熱伝達液又は冷却液の循環領域で構成されている。本発明は特に熱管理装置の蒸発領域Ｚ１及び凝縮領域Ｚ３に関する。
【００２９】
図２は、放熱装置がそれに取り付けられている構造用パネルの一部分と関連する、蒸発領域を例示する。この蒸発領域は、本説明図に規定されていない直列及び／又は並列構成における２つの熱流体循環回路１１及び１２で構成されている。蒸発領域の熱交換部分の各熱流体循環回路１１及び１２は、この説明図において接続管により直列に結合された、小型の複数の熱交換要素２１及び２２で構成されている（これらの要素は必ずしも直線に配置される必要はない）。熱交換要素は図２に示すように完全に直列に結合され得るが、しかし圧力低下を制限し質量を最小化するために直列／並列にも結合され得る。熱流体循環回路は、この説明図においてヒートパイプ型の熱的手段３１０及び３１１により、表面にわたって分布している装置４０に接続されている。
【００３０】
ヒートパイプの管３１０及び３１１は、望ましくは直線の管であるが、しかし一体化を考慮してＬ形にされ得る。それらはパネルへと組み込まれてもよく、又はその上に装置が取り付けられる内面に搭載されてもよい。パネル４０にわたるヒートパイプの分布は、一体化及び質量に対する考慮に依存する。小型の熱交換要素２１及び２２は、高い熱エネルギー伝達特性、高い蒸発効率、及び小さな圧力低下を伴う小型の蒸発器である。これらの小型の蒸発器は、数ｃｍ〜数十ｃｍにわたる辺の長さを有する略平行６面体のユニットであり、従って必要に応じて装置を直接それらの上に搭載することができる。ヒートパイプのネットワークの使用は必須ではなく、蒸発領域は、蒸発交換効率、流束密度、及び圧力低下に関して最適化された性能を有する、筒状導管タイプの熱流体循環回路に制限され得る。そのような場合、筒状導管タイプの熱流体循環回路は放熱装置と直接に接触し、装置における流路の数は、流体と装置間の許容され得る熱勾配に応じて、及び保証されるべき温度により定義されるであろう。管は適するように直列及び並列に配置され得る。
【００３１】
図３は、低温の宇宙空間に向いて放熱する、放熱パネル５０の一部と関連する凝縮領域を例示する。この凝縮領域は、本説明図に規定されていない直列及び／又は並列構成における２つの熱流体循環回路１１及び１２で構成されている。凝縮領域１１及び１２の熱交換部分の各熱流体循環回路は、この説明図において接続管により直列に結合された、小型の複数の熱交換要素６１及び６２で構成されている（これらの要素は必ずしも直線に配置される必要はない）。熱交換要素は図３に示すように完全に直列に結合され得るが、しかし圧力低下を制限し質量を最小化するために直列／並列にも結合され得る。その上、１つの分離システムが、宇宙空間へ放熱される必要がある熱エネルギーの量に応じて、又は故障（流星塵の衝撃による１台の交換器の喪失）に関する考慮に従って、１つ以上の熱流体循環回路の動作を可能にする。熱流体循環回路は、この説明図においてヒートパイプ型の熱的手段３２０及び３２１により、放熱パネル５０に接続されている。
【００３２】
ヒートパイプの管３２０及び３２１は、望ましくは直線の管であるが、しかし一体化を考慮してＬ形にされ得る。それらは構造用パネルでの使用の場合には、パネル内へ組み込まれ、あるいは追加の放熱面の場合には面上に取り付けられ得る。小型の熱交換要素６１及び６２は、高い熱エネルギー伝達特性、高い凝縮効率、及び小さい圧力低下を有する小型の凝縮器である。これらの小型凝縮器はヒートパイプをそれらの端部に内蔵し得る、略平行６面体のユニット又は円筒である。
【００３３】
上述のような蒸発領域と凝縮領域の熱交換部分は、熱管理装置の少なくとも３つの水力構造（図６、７、及び８）において使用され得る。
【００３４】
図４は、蒸発領域及び凝縮領域に適用可能な構造を例示する。各領域２００、２０１、及び２０２のｎ個の熱交換要素は、この図において再加熱の予算及び質量を最適化するために、並列に結合されている。各種領域２００、２０１、及び２０２は、直列（２００と２０１）及び並列２０２に結合されている。この構造は、蒸発領域の熱交換要素にわたる制御、従って各種の温度レベルにおける放熱装置にわたる制御を可能にする。この構造は、放熱の環境に適するように、各パネルにより排出されるべきエネルギーを均衡させるため、凝縮領域がバランスすることを可能にする。１つの蒸発の構成において、図４は各々がｎ個の熱交換要素（ｎは各交換器に対して異なり得る）で構成される、３つの熱交換部分へと分割された、蒸発領域の線図を表わす。領域２０１及び２０２に対応する熱交換部分は直列に位置し、従って同一の温度レベルに制御され、並列の領域２０２は異なる温度レベルに制御され得る。
【００３５】
熱交換要素は（並列に延在するように、例としてここで提案されている流体ライン１１と１２を介して）直列／並列の構成で配置されており、それは図中に提案されている構成と異なってもよい。
【００３６】
図５は、凝縮領域と蒸発領域が入れ替えられるように、熱流体の循環方向が反転することを可能にする、可逆的構造を例示する。この実施形態は、それがシステムの必要とする加熱の予算を低減するという利点を有する。領域Ｚ３の放射面において吸収される熱エネルギーＱ（ＩＲ束（赤外線放射束）、太陽束、等）は、従って領域Ｚ１と接する放熱装置を、移行局面の場合及びまた軌道においても許容可能な温度レベルに保つために用いられ得る。１つの分離システムはループの循環方向の反転を可能にする。この可逆的構造は、特に図８に説明されている構造用に向けられている。
【００３７】
図６は熱管理装置の一実施形態を例示する。この構造は、熱流体循環の閉ループにおいて直列に連続して接続されて、蒸発領域Ｚ１、凝縮領域Ｚ３、一般に熱流体タンクとして知られる、ループの温度を制御する手段４、及び機械式ポンプを用いて熱伝達流体を循環させる手段３を備える。蒸発領域Ｚ１、凝縮領域Ｚ３、及びこれら２つの領域間の循環回路４０１は、熱流体の二相循環用の回路であることが望ましい。凝縮領域と蒸発領域との間の循環回路４０２は、単相循環回路であることが望ましい。
【００３８】
図７は熱管理装置の別の実施形態を例示する。この構造は熱流体循環の閉ループにおいて直列に連続して接続されて、蒸発領域Ｚ１及び凝縮領域Ｚ３を備える。流体は蒸発領域において毛細管式ポンプを用いて循環させられる。蒸発領域、凝縮領域、及びこれら２つの領域間の循環回路５０１は、熱流体の二相循環用の回路であることが望ましい。この構造は、より大きな熱量が放熱装置を覆う表面上で収集されることを可能にし、そしてまた多量の熱エネルギーが放熱面において放出されることを可能にする。凝縮領域と蒸発領域との間の循環回路５０２は、単相循環回路であることが望ましい。
【００３９】
図８は熱管理装置の別の実施形態を例示する。この構造は、熱流体循環の閉ループにおいて直列に連続して接続されて、蒸発領域Ｚ１、圧縮領域Ｚ２、凝縮領域Ｚ３、及び膨張領域Ｚ４を備える。熱流体を循環させる２つのモードが表わされている。流体の循環が実線で描かれている第１モードは、熱エネルギーＱが実線の矢印として、放熱装置から宇宙空間へと排出されることを可能にする、熱機関の構造を説明している。領域Ｚ１は蒸発領域であり、領域Ｚ３は凝縮領域である。流体の循環が点線で描かれている第２モードは、上記の図５に説明されているように、逆の循環における熱機関の構造を説明している。点線で無地の矢印にて描かれた、領域Ｚ３の放射面において吸収される熱エネルギーＱ（ＩＲ束（赤外線放射束）、太陽束、等）は、従って領域Ｚ１と接する放熱装置を、移行局面の場合及びまた軌道においても許容できる温度レベルに保つために用いられ得る。膨張領域は、様々な温度レベルで蒸発領域の部分を制御するため、１つ以上の減圧弁を直列及び／又は並列に備える。例えば、使用される減圧弁の数は並列の蒸発器部分の分岐数、及び関係する温度範囲に依存し得る。例えば、毛細管式又は温度自動調整タイプの減圧弁が使用され得る。圧縮領域は１つ以上の圧縮機を含む。この水力構造用に使用される熱流体は、むしろ冷却液タイプである。
【００４０】
図９は、内面に、その平面と垂直な熱伝導率の低い導体である、パネル７４によって支持される放熱用電子装置７６１及び７６２と接する凝縮領域の部分７５１と、外面に、放射面７２の一部分と接する凝縮領域の部分７３とを含む、構造用パネル７４の１つを伴う人工衛星の構造部分７８を表わす、衛星の横断面図を描いている。構造用パネル７４は、例えば電気通信衛星の北向きパネルである。電気通信衛星は通常、北、南、東、西、地球、及び反地球として知られるパネルで構成される。これら全てのパネルは蒸発領域の部分を伴う内面と、図８に表わされているパネル７４のような凝縮領域の部分を伴う外面とを有し得る。その上、衛星はケーシング７８の内側に、ラック中に配置されて衛星のパネルから切り離された電子装置７６３及び７６４を備える。蒸発領域の部分７５２及び７５３は、放熱装置により発生する熱エネルギーを収集する機能を有する。放熱面は外の宇宙空間に向けられている。放熱面は幾つかの保護層７１により覆われている。層は流星塵の攻撃に対する保護を改善するが、しかし凝縮領域と放熱領域との間の伝導性の熱移動を防止しない。放熱面を覆う層７０は、発散されるエネルギーを放出する手段であり、一方で同時に外部の熱流束（太陽束など）の吸収を制限する。それは鏡で構成され得る。熱流体の循環手段７９は、１つ以上の熱交換部分で構成される蒸発領域の部分７５２、７５３及び凝縮領域の部分７５１の中を循環させる。衛星内部のラックに位置する放熱装置及び構造用パネル上に位置する放熱装置は、並列及び／又は直列の回路分岐を用いて、同一の熱流体回路と関連する。
【００４１】
電気通信衛星は、運転モジュール及び通信モジュールとして知られるモジュールを備える。これら２つのモジュールのパネルは、内面に蒸発領域の部分と外面に凝縮領域の部分とを有する、熱管理装置と共に配置され得る。パネル面間の熱勾配は高く、一方でパネル面に長手方向に沿った熱勾配は実質的にゼロである。
【００４２】
本発明による装置の１つの利点は、蒸発領域が凝縮領域から熱的に分離されている、熱エネルギー伝達構造の使用であり、これらの領域は同じパネルに構造的に接続されている。
【符号の説明】
【００４３】
Ｚ１  蒸発領域
Ｚ２  圧縮領域
Ｚ３  凝縮領域
Ｚ４  膨張領域
Ｑ  熱エネルギー
３  機械式ポンプ
４  ループの温度を制御する手段
１１  熱流体循環回路
１２  熱流体循環回路
２１  小型の熱交換要素
２２  小型の熱交換要素
４０  熱交換面
５０  放熱パネル
６１  小型の熱交換要素
６２  小型の熱交換要素
７０  放熱面を覆う層
７１  保護層
７２  放射面
７３  凝縮領域の部分
７４  構造用パネル
７８  人工衛星の構造部分
７９  熱流体の循環手段
２００  熱交換部分
２０１  熱交換部分
２０２  熱交換部分
３１０  熱伝達手段
３１１  熱伝達手段
３２０  熱伝達手段
３２１  熱伝達手段
４０１  循環回路
４０２  循環回路
５０１  循環回路
５０２  循環回路
７５１  凝縮領域の部分
７５２  蒸発領域の部分
７５３  蒸発領域の部分
７６１  放熱用電子装置
７６２  放熱用電子装置
７６３  電子装置
７６４  電子装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2010208628000001.pdf