DISPOSITIVO DE CONTROL TERMICO EMBARCADO A BORDO DE UN VEHICULO.

Dispositivo de control térmico destinado a evacuar el calor generado por un grupo de equipos de disipación en un vehículo espacial que comprende una pluralidad de superficies y que comprende:



- medios de circulación de un fluido refrigerante;

- una zona (Z1) de evaporación que comprende medios de circulación del fluido refrigerante;

- una zona (Z2) de compresión;

- una zona (Z3) de condensación;

- una zona (Z4) de expansión que comprende medios de circulación del fluido refrigerante;

caracterizado porque la zona (Z3) de condensación comprende al menos un panel radiante acoplado a una parte de los medios de circulación del fluido refrigerante que comprende varias ramificaciones y que comprende medios para permitir o impedir la circulación de dicho fluido en el interior de esas ramificaciones, de manera que se hace variar la superficie de intercambio térmico en la zona de condensación

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08102023.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45, RUE DE VILLIERS,92200 NEUILLY SUR SEINE.

Inventor/es: DARGENT, THIERRY, HUGON,JULIEN, NANN,ISABELLE, DE LARMINAT,PAUL.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 26 de Febrero de 2008.

Fecha Concesión Europea: 21 de Abril de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B64G1/50 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA.B64G ASTRONAUTICA; VEHICULOS O EQUIPOS A ESTE EFECTO (aparatos o métodos para obtener materiales de fuentes extraterrestres E21C 51/00). › B64G 1/00 Vehículos espaciales. › para el control de la temperatura (control de la temperatura en general G05D 23/00).
  • B64G1/50A

Clasificación PCT:

  • B64G1/50 B64G 1/00 […] › para el control de la temperatura (control de la temperatura en general G05D 23/00).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de control térmico embarcado a bordo de un vehículo.

La invención se refiere a un dispositivo de control térmico embarcado a bordo de un satélite o, de manera más general, un vehículo espacial.

De manera general, los satélites comprenden una serie de equipos que, en modo de funcionamiento, generan calor que es necesario descargar de manera eficaz hacia el espacio frío para que la temperatura de estos equipos se mantenga en un intervalo de temperaturas nominales. Habitualmente, se ha propuesto usar conductos de calor denominados caloductos para transportar el calor generado por los equipos del vehículo espacial. Los conductos de calor transfieren energía térmica hacia radiadores. Si estos conductos de calor forman un bucle fluido, los radiadores también pueden desplegarse para así aumentar las superficies radiantes tras la fase de lanzamiento para garantizar el control térmico. Más precisamente, y en un sistema de control térmico clásico, los equipos dispuestos en el interior de los satélites funcionan en intervalos de temperaturas tales que la temperatura de descarga de la potencia disipada hacia el espacio a través de las estructuras radiadoras está limitada por estos intervalos. Para una potencia térmica dada que debe evacuarse, la superficie radiante requerida (y por tanto la masa del control térmico) está por tanto íntimamente relacionada con un nivel de temperatura limitante. Así, para las misiones que requieren mucha energía, el subsistema térmico se vuelve muy determinante en cuanto a las dimensiones, ya que es el que impone las dimensiones del satélite (superficies de las paredes del satélite) a menos que se considere el uso de estructuras desplegables dedicadas, voluminosas y pesadas, para aumentar estas superficies radiantes.

En efecto, cuando se supera la capacidad de descarga térmica de las paredes de un satélite, las soluciones conocidas para evacuar el exceso de disipación son esencialmente el uso de bucles fluidos capilares o de bucles fluidos con bombeo mecánico que conectan el interior del satélite con radiadores desplegables dedicados al control térmico. Estos últimos son pesados y voluminosos. Estas soluciones y los productos térmicos europeos asociados todavía necesitan en la actualidad (en su mayor parte) una fase de calificación en vuelo. La temperatura de funcionamiento del o de los radiadores (clásicos o desplegables) es necesariamente inferior a la temperatura máxima aceptable del/de los equipo(s) que debe(n) controlarse, lo que tiene un gran impacto sobre las dimensiones requeridas para esos radiadores y por tanto limita las posibilidades para su disposición en el satélite.

Para paliar estos problemas, se conoce a partir del documento FR 2 812 075 usar un sistema térmico de tipo máquina de refrigeración que permite desacoplar los equipos cuya temperatura se desea controlar de los radiadores que se asocian a los mismos, es decir, que puede aumentarse la temperatura del/de los radiador(es) tanto como se desee. Al tener los radiadores un campo de visión directo con el espacio frío, pueden emitir radiaciones a una temperatura muy alta sin tener un impacto sobre el buen funcionamiento del/de los equipo(s), para así aumentar su eficacia térmica y permitir una disminución radical de las superficies radiantes dedicadas al control térmico con respecto a un control térmico clásico.

Por medio de medios de circulación, se propone en primer lugar extraer la disipación térmica propia del satélite o una parte del satélite (potencia frigorífica), se extrae con ayuda de un fluido refrigerante (zona de evaporación del dispositivo) y después se comprime el vapor resultante (también se garantiza así la circulación del fluido) y así se aumenta la temperatura del fluido. En la salida de la zona de compresión del dispositivo, el fluido en estado gaseoso va a condensarse al nivel de los paneles radiantes dedicados (zona de condensador del dispositivo) que evacuan a alta temperatura mediante radiación la potencia total hacia el espacio frío (suma de la potencia frigorífica y del consumo propio del compresor). A continuación se expande el fluido (zona de expansión del dispositivo) con el fin de que vuelva a la zona de evaporador con las propiedades termodinámicas apropiadas.

La invención se sitúa al nivel de la zona de condensación que comprende medios que permiten hacer variar la superficie de intercambio térmico según la cantidad de energía térmica que deba evacuarse hacia el espacio.

Para ello, tiene por objeto un dispositivo de control térmico destinado a evacuar el calor generado por un grupo de equipos de disipación en un vehículo espacial que comprende una pluralidad de superficies, y que comprende:

- medios de circulación de un fluido refrigerante;
- una zona de evaporación que comprende medios de circulación del fluido refrigerante;
- una zona de compresión;
- una zona de condensación que comprende al menos un panel radiante acoplado a una parte de los medios de circulación del fluido refrigerante que comprende varias ramificaciones y que comprende medios para permitir o impedir la circulación de dicho fluido en el interior de esas ramificaciones de manera que se hace variar la superficie de intercambio térmico en la zona de condensación;
- una zona de expansión que comprende medios de circulación del fluido refrigerante.

Según una variante de la invención, la zona de condensación está asociada a varios paneles radiantes. Estos paneles radiantes están compuestos por varias partes. Los medios de circulación del fluido refrigerante de una parte de un panel radiante hacia una parte de otro panel radiante están montados en serie. De manera ideal, el número n de partes por panel radiante es igual al número n de paneles radiantes, estando por tanto los n paneles radiantes conectados mediante n-1 medios de circulación en serie, teniendo las n partes atravesadas por el fluido una superficie de descarga idéntica.

Según una variante de la invención, las ramificaciones están constituidas por conductos que presentan superficies ranuradas.

Según una variante de la invención, la zona de condensación comprende al nivel de cada panel radiante un sistema de válvulas automáticas que permiten usar toda o parte de la superficie del panel radiante para evacuar el calor, circulando entonces el fluido en todas o parte de dichas ramificaciones.

Según una variante de la invención, la zona de evaporación comprende además medios de calentamiento que permiten un recalentamiento centralizado: así puede sustituirse la disipación térmica del satélite o del grupo de equipos en cuestión por recalentamiento si los equipos disipan demasiado poco o ya no disipan. Debe observarse aquí la oportunidad de poder realizar el recalentamiento centralizado, es decir, un conjunto de calentadores más o menos agrupados y localizados en alguna parte en los medios de circulación del fluido aguas abajo del condensador y aguas arriba del compresor. Estas zonas de recalentamiento no son más que nuevas zonas de evaporación que se usan si es necesario. Esto simplifica ampliamente el dimensionamiento de las líneas de recalentamiento.

Según una variante de la invención, la zona de evaporación comprende uno o varios equipos controlados en un único nivel o varios niveles de temperatura diferentes.

Según una variante de la invención, la zona de compresión comprende varias fases de compresión, el número de fases es igual al número de niveles de temperatura del evaporador que deben controlarse.

Según una variante de la invención, la zona de compresión comprende al menos un compresor centrífugo con rodamientos magnéticos.

Según una variante de la invención, el dispositivo comprende un sistema de derivación entre la zona de compresión y la zona de condensación que permite ajustar la temperatura del fluido.

La invención también tiene por objeto un vehículo espacial que comprende un dispositivo de control térmico según la invención.

Según una variante, se trata de un vehículo espacial de telecomunicación que presenta caras comúnmente denominadas Norte y Sur, caracterizada porque comprende paneles radiantes externos, fijados a las caras Norte y Sur, equipados con la zona de condensación del dispositivo de control térmico, estando dichos paneles radiantes desacoplados en cuanto a la conducción y a la radiación de esas caras Norte y Sur.

Según una variante de la invención, el vehículo espacial comprende zonas de evaporación, de compresión y de expansión internas al vehículo espacial.

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de control térmico destinado a evacuar el calor generado por un grupo de equipos de disipación en un vehículo espacial que comprende una pluralidad de superficies y que comprende:

- medios de circulación de un fluido refrigerante;
- una zona (Z1) de evaporación que comprende medios de circulación del fluido refrigerante;
- una zona (Z2) de compresión;
- una zona (Z3) de condensación;
- una zona (Z4) de expansión que comprende medios de circulación del fluido refrigerante;

caracterizado porque la zona (Z3) de condensación comprende al menos un panel radiante acoplado a una parte de los medios de circulación del fluido refrigerante que comprende varias ramificaciones y que comprende medios para permitir o impedir la circulación de dicho fluido en el interior de esas ramificaciones, de manera que se hace variar la superficie de intercambio térmico en la zona de condensación.

2. Dispositivo de control térmico según la reivindicación 1, caracterizado porque la zona de condensación está asociada con varios paneles radiantes compuestos por varias partes, estando montados los medios de circulación del fluido refrigerante de una parte de un panel radiante en serie con los medios de circulación del fluido refrigerante de una parte de un panel radiante distinto o con la zona de expansión.

3. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el número n de partes por panel radiante es igual al número n de paneles radiantes, estando conectados los n paneles radiantes mediante n-1 medios de circulación en serie, teniendo las n partes atravesadas por el fluido refrigerante una superficie de descarga idéntica.

4. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las ramificaciones están constituidas por conductos que presentan superficies internas ranuradas.

5. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la zona de condensación comprende, al nivel de cada panel radiante, un sistema de válvulas automáticas que permite usar toda o parte de la superficie del panel radiante para evacuar el calor.

6. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la zona de evaporación comprende además medios de recalentamiento centralizado.

7. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la zona de evaporación comprende uno o varios equipos controlados a un único nivel o a varios niveles de temperatura diferentes.

8. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la zona de compresión comprende varias fases de compresión, siendo el número de fases igual al número de niveles de temperatura del evaporador a controlar.

9. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la zona de compresión comprende al menos un compresor centrífugo con rodamientos magnéticos.

10. Dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende un sistema de derivación entre la zona de compresión y la zona de condensación que permite conectar la salida de la zona de compresión a la entrada de la zona de compresión o a la entrada de la última fase de compresión, en el caso de una compresión en múltiples fases, y ajustar la temperatura del fluido en la salida de la zona de compresión.

11. Vehículo espacial caracterizado porque comprende un dispositivo de control térmico según una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Vehículo espacial de telecomunicación según la reivindicación 11 y que presenta caras denominadas comúnmente Norte y Sur, caracterizado porque comprende paneles radiantes externos, fijados a las caras Norte y Sur, equipados con la zona de condensación del dispositivo de control térmico, estando dichos paneles radiantes desacoplados en cuanto a la conducción y a la radiación de esas caras Norte y Sur.

13. Vehículo espacial de telecomunicación según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende zonas de evaporación, de compresión y de expansión internas al vehículo espacial.

14. Vehículo espacial de telecomunicación según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque comprende un módulo de comunicación y un módulo de servicio, estando situados los paneles radiantes externos al nivel del módulo de comunicación.

15. Vehículo espacial de telecomunicación según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque comprende paneles radiantes externos fijados a los paneles denominados comúnmente Este, Oeste, Tierra, Anti-tierra y paralelos a estos últimos.


 

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