(57)【要約】【課題】システム内の電子装置や部品が、有効な作動が継続可能な作動温度に維持される、極端な環境条件に対する耐久性のあるシステムが提供される。【解決手段】システム２０は、冷却すべき内部チャンバーを画成する外壁１１０を有する。電子装置４２が、チャンバー内の外壁１１０の内側に取り付けられる。熱電冷却器２９が、チャンバー内となるように配置される低温ノード３０と、外壁１１０の外側に配置される高温ノード３２とを有する。燃料電池２２が、熱電冷却器２９に電気を供給する。燃料電池２２は、外壁１１０の外側に取り付けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却すべき内部チャンバーを画成する外壁と、
外壁の内側に取り付けられた電子装置と、
外壁の内側に位置する低温ノードおよび外壁の外側に位置する高温ノードを有する熱電冷却器と、
外壁の外側に取り付けられ、熱電冷却器に電気を供給する燃料電池と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
燃料電池用の燃料源は、外壁の内側に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
燃料源は、水素と酸素の燃料源を含むことを特徴とする請求項３記載のシステム。
【請求項５】
熱電冷却器の高温ノードは、外部環境へ熱を伝達させるように熱除去装置に接続されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項６】
ファンが、電子装置を通過するように空気を引き寄せ、その空気を熱電冷却器の低温ノードへ送ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
良好な伝熱特性を有する中実部材によって、電子装置が低温ノードに接続されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項８】
システムは宇宙空間での用途のための探査機として使用されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
冷却すべき内部チャンバーを画成する外壁と、
外壁の内側に取り付けられた電子装置と、
外壁の内側に位置する低温ノードおよび外壁の外側に位置する高温ノードを有する熱電冷却器と、
外壁の外側に取り付けられ、熱電冷却器に電気を供給する燃料電池と、
外壁の内側に取り付けられた水素と酸素の燃料源を含む、燃料電池用の燃料源と、
を備えるシステムであって、
燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であり、
熱電冷却器の高温ノードは、外部環境へ熱を伝達させるように熱除去装置に接続されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
ファンが、電子装置を通過するように空気を引き寄せ、その空気を熱電冷却器の低温ノードへ送ることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
良好な伝熱特性を有する中実部材によって、電子装置が低温ノードに接続されることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
システムは宇宙空間での用途のための探査機として使用されることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極端な高温環境で使用可能な密閉チャンバーから熱を除去するヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
非常な高温状態に耐える必要のある電子装置はますます増加している。一例として、他の惑星の調査に使用されると想定されている探査機が挙げられる。探査機の１つは特に、金星での使用が想定されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金星で使用される探査機は極端な環境条件に耐える必要がある。一例として、９２気圧の圧力、５００℃程度の周囲条件が挙げられる。
【０００４】
一方、探査機内の電子装置や部品は、有効な作動が継続可能な作動温度に維持される必要がある。一例として、２５℃程度以上の温度が好ましい。
【０００５】
この課題をより複雑にしているのは、さらに重量を付加せずにまた部品を複雑化することなく部品の冷却を行うという目標である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
システムは、冷却すべき内部チャンバーを画成する外壁を有する。電子装置が、チャンバー内の外壁の内側に取り付けられる。熱電冷却器が、チャンバー内となるように配置される低温ノードと、外壁の外側に配置される高温ノードとを有する。燃料電池が、熱電冷却器に電気を供給する。燃料電池は、外壁の外側に取り付けられる。
【０００７】
本発明のこれらと他の特徴は、以下の説明および図面から最もよく理解可能であり、以下は、図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、宇宙空間での用途や、周囲環境１８が極端に困難な他の用途で使用可能な探査機２０を示す。一例として、金星での探査機として使用される場合、探査機２０は、５００℃程度の温度に耐える必要がある。
【００１０】
実施例の探査機２０は、固体酸化物型燃料電池とすることができる燃料電池２２を備える。理解できるように、固体酸化物型燃料電池２２は、探査機２０の外壁１１０の外側にある。固体酸化物型燃料電池は一般に６００〜１０００℃で作動するので、このように外側に配置するのが有利である。従って、燃料電池２２により生じる熱は、周囲環境１８へと移動することになり、探査機２０の内部の冷却をさらに複雑化することはない。
【００１１】
燃料電池２２には、水素２６や酸素２４などの燃料源が供給される。特定の種類の燃料電池を開示しているとはいえ、他の種類の燃料電池も使用可能である。
【００１２】
燃料電池は、ファン３８に電力を供給する電気配線３６を含め、外壁１１０の内側にあるいくつかの部品に電気を供給する。ファン３８は、冷却すべき電子装置４２を通過するように空気を引き寄せる。電子装置４２にもまた、配線４０を通して燃料電池２２から電気が供給可能である。
【００１３】
ファン３８が送風する空気の冷却は、熱電冷却器２９によって達成される。熱電冷却器には、配線２８を通して燃料電池２２から電気が供給される。既知のように、熱電冷却器は、高温ノードと低温ノードとを有する。既知のように、電流が、ある一つの方向に印加されると、熱が、一方のノードから他方のノードへと移動する。図示のように、この電流の方向によって、低温ノード３０から高温ノード３２への熱の流れが誘起される。従って、ファン３８からの空気は、低温ノード３０を通過する際に冷却され、空気から除去された熱は、高温ノード３２へと移動する。高温ノード３２は熱除去装置３４に接続されており、熱は周囲環境１８へと伝達される。熱除去装置は、対流により熱を周囲環境と交換する熱交換器またはラジエータとすることができる。
【００１４】
周囲環境へと除去される熱には、探査機２０で発生した熱や、探査機内へ漏入することがある周囲環境の熱が含まれる。
【００１５】
図２に示される第２の実施例の探査機１２０では、ファン３８は、伝熱部材１００に置き換えられる。伝熱部材１００は、良好な伝熱特性を有し、熱を電子装置４２から直接除去し、低温ノード３０に伝達させる任意の部材とすることができる。
【００１６】
熱電冷却器の高温ノード３２は、熱を外部へ伝達させるために周囲条件より高い温度で作動する必要がある。
【００１７】
図示のように、高温ノード３２は、外壁１１０の外側に配置されており、一方、低温ノード３０は内側に配置されている。実際には外壁は、高温ノード３２と低温ノード３０の正確な境界線上に位置する必要はないが、低温ノードは主として外壁１１０の内面の内側に位置する必要があり、一方、高温ノードは主として外壁１１０の外側に位置する。従って、高温ノードに関連して使用される、特許請求の範囲の「外壁の外側」という用語は、高温ノードの大部分が外壁の内面より外側に位置することを意味する、と理解すべきである。
【００１８】
電子装置４２は一般に、ハウジング内に取り付けられており、このことは、図１または図２の実施例における電子装置の冷却を理解する際に考慮すべきことである。
【００１９】
燃料電池２２は、外壁１１０から離れて示されているが、燃料電池２２と外壁１１０とは、システム内では接続されている。これら２つを一緒に接続するには、一例として探査機用の付加的な枠体を用いるか、あるいは何らかの直接接続によるものなどの、いくつかの方法が通常使用される。
【００２０】
熱電冷却器を使用することで、可動部がないことや、十分に発達した技術であることを考慮すれば、寿命の長い信頼できる装置が得られる。また、燃料電池および熱電冷却器両方とも非常に軽量の装置である。
【００２１】
燃料電池はまた、探査機に付随し得る他の装置に電気を供給可能である。
【００２２】
この特定の開示は宇宙船に関連しているが、非常に高温の環境または周囲環境に遭遇し得る他の用途もまた本システムから利益を得ることができる。
【００２３】
本発明のいくつかの実施例を開示したが、当業者ならば、特定の変更が本発明の範囲内に含まれることを理解するであろう。それゆえ、本発明の真の範囲および内容を決定するためには添付の特許請求の範囲を検討する必要がある。
【図１】
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【図２】
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