(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星に搭載されかつ低温に維持する必要がある機器の温度を一定に制御する熱制御素子であって、前記機器の放熱を行うための放熱用フィルムと、前記機器と前記放熱用フィルムとの間に配設されかつ昇華しやすい物質が封入された密閉容器とを有することを特徴とする熱制御素子。
【請求項２】
前記密閉容器の機器取付面及び前記放熱用フィルムの取付面各々の材質を熱伝導率の大きい材質としかつ前記密閉容器の側面の材質を熱伝導率が小さい材質としたことを特徴とする請求項１記載の熱制御素子。
【請求項３】
前記密閉容器の放熱用フィルムの取付面の内部壁を赤外線放射率の小さい金属光沢面としたことを特徴とする請求項２記載の熱制御素子。
【請求項４】
前記密閉容器の機器取付面の内部壁に黒色陽極酸化処理及び塗装のうちの少なくとも一方を施したことを特徴とする請求項２または請求項３記載の熱制御素子。
【請求項５】
前記昇華しやすい物質の封入量を、最高温度における内部圧力が前記昇華しやすい物質の飽和蒸気圧を越えない量としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載の熱制御素子。
【請求項６】
前記放熱用フィルムが高温になった時に前記機器と前記放熱用フィルムとの間を前記密閉容器で断熱し、前記放熱用フィルムが低温になった時に前記機器と前記放熱用フィルムとの間を前記密閉容器で熱結合するよう構成したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の熱制御素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱制御素子に関し、特に人工衛星に搭載される機器の温度を制御する熱制御素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙機等の熱制御に使う素子としては、温度が高くなると放熱量や伝熱量が増加し、温度が低くなると放熱量や伝熱量が減少する性質、すなわち温度に対して正特性を持つ熱制御素子がある。この正特性を持つ熱制御素子には、サーマルルーバや可変コンダクタンスヒートパイプ等があるが、これらとは逆の負特性を持つ熱制御素子はない。
【０００３】
人工衛星において、低温、例えば−５０℃〜−８０℃に維持する必要がある機器を搭載する場合がある。このような機器は人工衛星からの熱の流入を防ぐために断熱して搭載される。このとき、機器を低温にするためには機器自身に放熱面を持たせる必要がある。
【０００４】
機器の発熱量が変化しても、機器の温度を一定に制御する技術としては、上記のような可変コンダクタンスヒートパイプがある。この可変コンダクタンスヒートパイプは、図４に示すように、通常のヒートパイプの凝縮部１６端にガス溜１１を持ち、ヒートパイプ内部に非凝縮性ガス１３が作動流体１４，１５とともに封入されている。
【０００５】
機器１が高温の時、非凝縮性ガス１３は作動流体の蒸気１５に押されてガス溜１１にたまっている。このことによって、ヒートパイプは動作し、機器１は低温部（凝縮部１６）と熱的に結合する。
【０００６】
一方、機器１が低温になると、非凝縮性ガス１３はヒートパイプの内部にまで浸透し、放熱できる有効な凝縮部１６が短くなるため、ヒートパイプによる伝熱量は減少する。このことによって、機器１はほぼ一定温度に制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の可変コンダクタンスヒートパイプでは、凝縮部の温度が安定に維持されている限りにおいて、機器の自己発熱の変動に対して機器の温度が安定的に制御可能となっている。
【０００８】
しかしながら、太陽光の入射等の外部の環境変化によって凝縮部の温度が変動する場合には、機器の温度も凝縮部の温度の変動に連動して変動してしまうという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、宇宙機が高温である場合に伝熱量を減少させることができ、宇宙機が低温である場合に伝熱量を増加させることができる熱制御素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による熱制御素子は、人工衛星に搭載されかつ低温に維持する必要がある機器の温度を一定に制御する熱制御素子であって、前記機器の放熱を行うための放熱用フィルムと、前記機器と前記放熱用フィルムとの間に配設されかつ昇華しやすい物質が封入された密閉容器とを備えている。
【００１１】
すなわち、本発明の熱制御素子は、上述したような機器に関し、自己発熱がない機器について低温制御する熱制御素子に関する。機器を低温に維持するためには、一般に常温に温度制御する人工衛星本体と断熱して取付け、かつ機器自身にも放熱面を設けて冷却することが必要である。
【００１２】
しかしながら、放熱面へ太陽光等が入射する場合、機器を低温に維持するために必要な冷却能力の限界を越えてしまうため、機器は低温に維持できなくなってしまう。これを防ぐ方法の一つとして、太陽光が入射した場合にのみ機器と放熱面とを断熱する方法が有効である。
【００１３】
より具体的には、本発明はナフタリン等の昇華しやすい物質（他の材料としてはショウノウ等）を密閉容器内に封入し、低温に制御したい機器と放熱用フィルムとの間に取付ける。密閉容器の機器取付面及び放熱用フィルムの取付面各々の材質を熱伝導率の大きい材質（例えば、アルミニウム等）とし、密閉容器の側面の材質を熱伝導率が小さい材質（例えば、チタンやガラス等）とする。
【００１４】
密閉容器の放熱用フィルム取付面の内部壁は赤外線放射率の小さい金属光沢面とする。一方、機器取付面の内部壁は黒色陽極酸化処理または塗装等を行い、赤外線放射率を大きくする。尚、ナフタリン（他の材料も同じ）の封入量は本熱制御素子を使用する最高温度における内部圧力がナフタリンの飽和蒸気圧を越えない量とする。
【００１５】
本発明ではナフタリンが密閉容器の内部壁に結晶として凝固した場合と、金属光沢面が露出している場合との赤外線放射率の差異を利用して熱制御を行っている。動作原理を以下に示す。
【００１６】
放熱用フィルムが太陽光の入射等によって高温になった場合には、密閉容器内部のナフタリンが昇華（気化）する。この時、密閉容器の放熱用フィルム取付面の内部壁の金属光沢面が露出するため、放熱用フィルム取付面の内部壁から機器取付面の内部壁への赤外線放射が小さくなる。密閉容器内部の気化したナフタリンは熱伝導及び熱放射にほとんど寄与しないことから、機器と放熱用フィルムとの間は密閉容器で断熱される。
【００１７】
逆に、放熱用フィルムが低温になった場合には、密閉容器内部のナフタリンが密閉容器の放熱用フィルム取付面の内部壁に結晶として凝固する。この時、ナフタリン等の有機材料は金属光沢面よりも赤外線放射率が大きいため、密閉容器の機器取付面の内部壁から放熱用フィルム取付面の内部壁へと赤外線放射が行われ、機器は密閉容器を介して放熱用フィルムと熱結合する。
【００１８】
以上のことから、本発明の熱制御素子を用いることによって、太陽光等の熱入射が多く高温になっている放熱用フィルムに対しては機器との間を断熱し、反対に太陽光等の入射が少なく低温になっている放熱用フィルムに対しては機器との間を熱結合することが可能となる。ここで、赤外線放射率は赤外線吸収率と同じである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による熱制御素子の構成を示す断面図である。図において、１は機器、２は放熱用フィルム、３はナフタリンを封入する密閉容器、４は密閉容器３の放熱用フィルム２側の構造である放熱用フィルム取付面、５は密閉容器３の機器１側の構造である機器取付面、６は密閉容器３の側面、７は機器取付面５の内部壁の表面処理である黒色陽極酸化処理、８は放熱用フィルム取付面４の内部壁の表面処理である金属光沢面、９は密閉容器３の内部に封入するナフタリンの結晶状態、１０はナフタリンの気体状態を夫々示している。
【００２０】
図２は本発明の一実施例による熱制御素子の放熱面が低温の場合の状態を示す断面図であり、図３は本発明の一実施例による熱制御素子の放熱面が高温の場合の状態を示す断面図である。これら図１〜図３を参照して本発明の一実施例による熱制御素子の動作について説明する。
【００２１】
密閉容器３内に封入するナフタリン９は本発明の一実施例による熱制御素子を使用する最高温度における内部圧力がナフタリン１０の飽和蒸気圧を越えない量とする。
【００２２】
また、密閉容器３の放熱用フィルム取付面４及び機器取付面５はアルミニウム等の高熱伝導率材料とし、また密閉容器３の側面６はチタンやガラス等の低熱伝導率材料とする。
【００２３】
機器取付面５の内部壁は黒色陽極酸化処理を行っているのに加え、常時低温になっていることからナフタリン（結晶）９が凝固しているため、赤外線放射率は大きい。
【００２４】
一方、放熱用フィルム取付面４側の内部壁は金属光沢面８が露出している場合に赤外線放射率が小さく、ナフタリン（結晶）９が凝固している時に赤外線放射率が大きい。
【００２５】
太陽光が放熱用フィルム２に入射しない場合、放熱用フィルム取付面４は低温になるので、この内部壁にナフタリン（結晶）９が凝固する。これによって、放熱用フィルム取付面４の内部壁の赤外線放射率が大きくなるため、機器取付面５から放熱用フィルム取付面４ヘと放熱され、機器１が冷却される（図２参照）。
【００２６】
太陽光が放熱用フィルム２に入射する場合、放熱用フィルム取付面４は高温になるので、ナフタリン９が気化し、放熱用フィルム取付面４側の内部壁は金属光沢面８が露出する。これによって、放熱用フィルム取付面４の内部壁の赤外線放射率が小さくなるため、高温の放熱用フィルム取付面４と機器取付面５とは断熱され、機器１は高温の放熱面とは断熱される。
【００２７】
上述したように、機器１と放熱用フィルム２との間は放熱用フィルム２が低温の場合に熱的に結合し、放熱用フィルム２が高温の場合に断熱される。尚、本実施例でのナフタリンの代わりに、他の昇華しやすい物質を使用しても同様の効果を得ることができる。この物質の例としては、ショウノウや二酸化炭素（ドライアイス）等がある。
【００２８】
また、本実施例では放熱用フィルム２への太陽光による熱入力を考えているが、太陽光以外に地球からの赤外放射、地球での太陽光の反射光による放熱用フィルム２への熱入力においても同様に機能する。
【００２９】
このように、低温に安定制御する必要がある機器１の熱制御において、放熱用フィルム２が高温の時に機器１と放熱用フィルム２との間を断熱し、放熱用フィルム２が低温の時に機器１と放熱用フィルム２との間を熱的に結合する。
【００３０】
すなわち、高熱伝導率の放熱用フィルム取付面４及び機器取付面５と、低熱伝導率の材料の側面６とからなる密閉容器３を機器１と放熱用フィルム２との間に配置し、密閉容器３の放熱用フィルム取付面４の内部壁を高赤外線放射率にし、密閉容器３の機器取付面５の内部壁を低赤外線放射率にするとともに、密閉容器３内にナフタリン等の昇華（気化）しやすい物質を封入する。
【００３１】
これによって、太陽光等の熱入射が多いために高温になっている放熱用フィルム２に対しては機器１との間を断熱し、反対に太陽光等の入射が少なく低温になっている放熱用フィルム２に対しては機器１との間を熱結合することが可能となる。よって、宇宙機が高温である場合に放熱用フィルム２と機器１との間が断熱されるので、伝熱量を減少させることができる。また、宇宙機が低温である場合に放熱用フィルム２と機器１との間が熱結合されるので、伝熱量を増加させることができる。
【００３２】
さらに、上記の効果に加えて、本実施例の熱制御素子は機械的な構造を持たないため、信頼度を高くすることができるとともに、電気回路を持たないため、電力を不要とすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、人工衛星に搭載されかつ低温に維持する必要がある機器の温度を一定に制御する熱制御素子において、機器の放熱を行うための放熱用フィルムと機器との間に、昇華しやすい物質が封入された密閉容器を配設することによって、宇宙機が高温である場合に伝熱量を減少させることができ、宇宙機が低温である場合に伝熱量を増加させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による熱制御素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例による熱制御素子の放熱面が低温の場合の状態を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例による熱制御素子の放熱面が高温の場合の状態を示す断面図である。
【図４】従来の可変コンダクタンスヒートパイプの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  機器
２  放熱用フィルム
３  密閉容器
４  放熱用フィルム取付面
５  機器取付面
６  密閉容器の側面
７  黒色陽極酸化処理
８  金属光沢面
９  ナフタリンの結晶状態
１０  ナフタリンの気体状態
【図１】
0004159146.tif 000002
【図２】
0004159146.tif 000003
【図３】
0004159146.tif 000004
【図４】
0004159146.tif 000005