Dispositivo de control térmico para un ingenio espacial.

Dispositivo de control térmico destinado a tomar la disipación térmica generada por un grupo de equipos disipadores de un ingenio espacial en una zona de evaporación antes de desechar hacia el espacio frío este calor a través de una zona de condensación,

constando el ingenio espacial de una pluralidad de paneles estructurales y comprendiendo el dispositivo de control térmico unos medios de circulación de un fluido térmico que unen en un bucle cerrado al menos la zona de evaporación y la zona de condensación, constituyendo la zona de evaporación una primera superficie de intercambio térmico, directa o indirectamente a través de otros medios de transferencia térmica compactos y unidos en serie y/o en paralelo por los tubos de los medios de circulación, con los equipos disipadores y constituyendo la zona de condensación una segunda superficie de intercambio térmico directa o indirectamente a través de otros medios de transferencia térmica con radiadores irradiando hacia el espacio, caracterizado porque la zona de evaporación y/o la zona de condensación están constituidas por al menos una parte (200) de intercambio térmico que comprende una red de una pluralidad de elementos (21, 22) de intercambio térmico compactos distribuidos sobre su superficie (40) de intercambio térmico respectiva y unidos en serie y/o en paralelo por los tubos de los medios (11, 12) de circulación del fluido térmico.

Dispositivo de control térmico para un ingenio espacial El campo de la invención se refiere a dispositivos de control térmico para un grupo de equipos disipadores de un satélite y de manera más general de un ingenio espacial.

Por lo general, los satélites constan de un conjunto de equipos destinados a realizar las funciones de las misiones para las que se han enviado al espacio, concretamente misiones de observación o de telecomunicaciones. Estos equipos consumen y disipan una notable cantidad de energía que es necesario evacuar fuera de la estructura del satélite para que estos equipos permanezcan dentro de un intervalo de temperatura nominal. Para ello, los satélites están equipados con un dispositivo de control térmico que comprenden concretamente unos conductos de circulación de fluido térmico, habitualmente denominados caloductos, y unos bucles fluidos que permiten transportar el calor de los equipos disipadores hacia unos elementos radiativos que irradian energía térmica hacia el espacio. En los satélites, con frecuencia se utilizan paneles estructurales para instalar superficies radiativas. En estos casos de configuración, la potencia térmica que se puede evacuar está limitada por el tamaño de los paneles estructurales. El dimensionamiento de los satélites consiste entre otros en minimizar la masa del control térmico, debiéndose limitar las dimensiones de los elementos asociados para posibilitar su integración final en el satélite, debiéndose limitar también el volumen asociado a este último para integrarlo de la mejor manera posible en la lanzadera. Para mejorar la evacuación térmica hacia el espacio, se conoce la colocación en el satélite de unas superficies radiativas desplegables de doble cara o de cara simple que pueda irradiar a una temperatura más o menos elevada para evacuar una parte de la disipación térmica y garantizar así los niveles de temperatura admisibles para los equipos. No obstante, tal sistema desplegable añade peso a la estructura del satélite y aumenta el volumen y complejidad del dispositivo de refrigeración por la presencia de unos medios de control y de unos mecanismos que permiten el despliegue de los paneles.

El documento FR 2812075, que se considera la técnica anterior más cercana, desvela un dispositivo de disipación de calor destinado a tomar la disipación térmica generada por un grupo de equipos disipadores de un ingenio espacial en una zona de evaporación antes de ir a desechar hacia el espacio frío este calor mediante una zona de condensación.

El ingenio espacial comprende una pluralidad de paneles estructurales. El dispositivo de control térmico comprende unos medios de circulación de un fluido térmico que une en un bucle cerrado al menos la zona de evaporación y la zona de condensación.

La zona de evaporación constituye una primera superficie de intercambio térmico directa o indirectamente mediante otros medios de transferencia térmica.

La zona de condensación constituye una segunda superficie de intercambio térmico, directa o indirectamente mediante otros medios de transferencia térmica con unos radiadores que irradian hacia el espacio.

Estas superficies constan de un entubado de paredes finas de pequeño diámetro dispuesto o incorporado entre ellas o montado sobre las mismas. El entubado está unido al dispositivo de disipación de calor.

La zona de condensación está constituida por al menos una parte de intercambio térmico que comprende una red de una pluralidad de elementos de intercambio térmico distribuidos sobre su superficie de intercambio térmico respectiva.

Se conoce un dispositivo de control térmico embarcado a bordo de un ingenio espacial a partir de la descripción de la solicitud de patente FR2912995A1. Este dispositivo permite desacoplar térmicamente los equipos disipadores de sus radiadores asociados y de hacer variar las superficies de intercambio térmico radiativo según la cantidad de energía térmica que se va a evacuar hacia el espacio, mediante un circuito de circulación del fluido que consta de varios ramales hidráulicos que pueden estar aislados entre sí. Este sistema presenta inconvenientes. El circuito hidráulico del dispositivo de control térmico, particularmente la zona de condensación en contacto con la superficie radiativa orientada hacia el espacio, está expuesta a las agresiones de micrometeoritos. Por eso, se conoce mejorar la fiabilidad del dispositivo de control térmico, bien engrosando los elementos de intercambio térmico de la zona de condensación y los de la zona de evaporación si fuera necesario, bien colocando un circuito hidráulico totalmente redundante. Estas dos filosofías suponen una gran penalización desde un punto de vista de la masa. Además, cuando la zona de evaporación y la zona de condensación están constituidas por unos sistemas tubulares continuos, las pérdidas de carga podrían no ser insignificantes, concretamente cuando se privilegia una configuración totalmente en serie para evitar las inestabilidades termo-hidráulicas, lo que impone un trabajo de compresión adicional para alcanzar el objetivo de radiación a gran temperatura Esto tiene un impacto sobre la masa del dispositivo, sobre su consumo energético y representa una limitación de integración cuando los evaporadores y condensadores deben redundarse por razones de fiabilidad, concretamente debido a la multitud de tubos bajo los equipos. Finalmente, los paneles estructurales actuales son térmicamente conductores si bien resulta inconcebible montar equipos en la cara interna y a la vez evacuar la energía térmica sobre la cara externa a mayor temperatura sin afectar el nivel de temperatura de los equipos situados enfrente del interior del satélite. Esto impone la superposición de los paneles para garantizar el desacoplamiento térmico necesario o utilizar estructuras adicionales

desplegables, estas soluciones aumentan significativamente la masa del conjunto.

La invención tiene por objeto alcanzar los objetivos de fiabilidad de un dispositivo de control térmico de un satélite a la par que optimiza su eficacia y minimiza su masa.

Para ello, la invención se refiere en primer lugar y en general, a un dispositivo de control térmico destinado a tomar la disipación térmica generada por un grupo de equipos disipadores de un ingenio espacial en una zona de evaporación antes de desechar hacia el espacio frío este calor a través de una zona de condensación, constando el ingenio espacial de una pluralidad de paneles estructurales y comprendiendo el dispositivo de control térmico unos medios de circulación de un fluido térmico que unen en un bucle cerrado al menos la zona de evaporación y la zona de condensación, constituyendo la zona de evaporación una primera superficie de intercambio térmico, directa o indirectamente mediante otros medios de transferencia térmica compactos y unidos en serie y/o en paralelo o por los tubos de los medios de circulación, con los equipos disipadores asociados a los paneles estructurales y constituyendo la zona de condensación una segunda superficie de intercambio térmico directa o indirectamente mediante otros medios de transferencia térmica con unos radiadores que irradian hacia el espacio.

Ventajosamente, la zona de evaporación y/o la zona de condensación están constituidas por al menos una parte de intercambio térmico que comprende una red de una pluralidad de elementos de intercambio térmico compactos distribuidos sobre su superficie de intercambio térmico respectiva y unidos en serie y/o paralelo por los tubos de los medios de circulación del fluido térmico.

La zona de evaporación constituye una primera superficie de intercambio térmico que puede estar unida directa y/o indirectamente mediante otros medios térmicos a los equipos disipadores. La zona de condensación constituye una segunda superficie de intercambio térmico que puede estar unida directa y/o indirectamente mediante otros medios térmicos con unas superficies radiativas. Los elementos de intercambio térmico compactos pueden estar en contacto directo con los equipos disipadores o en contacto con unos medios de transferencia térmica unidos a los equipos, como unos caloductos y/o bucles fluidos.

Se designa elemento de intercambio térmico compacto a los elementos comúnmente denominados evaporadores en lo referente a la zona de evaporación y condensadores en lo referente a la zona de condensación.

La utilización de unos elementos de intercambio térmico compactos permite limitar la superficie que se quiere proteger de los flujos de micrometeoritos y por tanto la masa de los intercambiadores y minimizar el gradiente térmico entre el fluido que circula por la zona de evaporación y los equipos disipadores por una parte, y... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de control térmico destinado a tomar la disipación térmica generada por un grupo de equipos disipadores de un ingenio espacial en una zona de evaporación antes de desechar hacia el espacio frío este calor a través de una zona de condensación, constando el ingenio espacial de una pluralidad de paneles estructurales y comprendiendo el dispositivo de control térmico unos medios de circulación de un fluido térmico que unen en un bucle cerrado al menos la zona de evaporación y la zona de condensación, constituyendo la zona de evaporación una primera superficie de intercambio térmico, directa o indirectamente a través de otros medios de transferencia térmica compactos y unidos en serie y/o en paralelo por los tubos de los medios de circulación, con los equipos disipadores y constituyendo la zona de condensación una segunda superficie de intercambio térmico directa o indirectamente a través de otros medios de transferencia térmica con radiadores irradiando hacia el espacio, caracterizado porque la zona de evaporación y/o la zona de condensación están constituidas por al menos una parte (200) de intercambio térmico que comprende una red de una pluralidad de elementos (21, 22) de intercambio térmico compactos distribuidos sobre su superficie (40) de intercambio térmico respectiva y unidos en serie y/o en paralelo por los tubos de los medios (11, 12) de circulación del fluido térmico.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un panel, sustancialmente poco conductor térmicamente en sentido transversal perpendicularmente a su plano, consta sobre la cara interna al ingenio de al menos una parte de intercambio térmico de la zona de evaporación y sobre la cara externa al ingenio de al menos una parte de intercambio térmico de la zona de condensación.

3. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque al menos una parte (200) de intercambio térmico de la zona de evaporación está ensamblada con unos medios (310, 311) de transferencia térmicos en contacto por un lado con los elementos (21, 22) de intercambio térmico compactos y por otro lado con los equipos disipadores.

4. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una parte de intercambio térmico de la zona de condensación está ensamblada con unos medios (320, 321) de transferencia térmicos en contacto por un lado con los elementos de intercambio térmico compactos y por otro lado con un radiador.

5. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de circulación del fluido térmico constan de un primer y de un segundo circuito (11, 12) de circulación, los medios (310, 311) de transferencia térmicos ensamblados a una parte (200) de intercambio térmico de la zona de evaporación están en contacto con al menos un primer y un segundo elemento (21, 22) de intercambio térmico compacto, estando el primer elemento (21) en contacto con el primer circuito (11) de circulación del fluido térmico y estando el segundo elemento (22) en contacto con el segundo circuito (12) de circulación.

6. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de circulación del fluido térmico constan de un primer y de un segundo circuito (11, 12) de circulación, los medios (320, 321) de transferencia térmicos ensamblados a una parte de intercambio térmico de la zona de condensación están en contacto con al menos un primer y un segundo elemento (61, 62) de intercambio térmico compacto, estando el primer elemento en contacto con el primer circuito de circulación del fluido térmico y el segundo elemento en contacto con el segundo circuito de circulación.

7. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de evaporación y/o la zona de condensación están constituidas por una pluralidad de partes (200, 201, 202) de intercambios térmicos y los medios de circulación del fluido térmico unen dichos equipos en serie y/o en paralelo.

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bucle de circulación del fluido térmico también comprende una zona de relajación directamente aguas arriba de la zona de evaporación y una zona de compresión directamente aguas abajo de la zona de evaporación.

9. Dispositivo de control térmico según la reivindicación 8, caracterizado porque los medios de circulación del fluido térmico comprenden unos medios para invertir el sentido de circulación del fluido térmico, de manera que la zona de condensación y la zona de evaporación estén invertidas.

10. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque la zona de relajación comprende una pluralidad n de reguladores para controlar la temperatura de una pluralidad n de partes de intercambio térmico de la zona de evaporación a uno o más niveles de temperatura diferentes, uniendo los medios de circulación del fluido térmico dichos equipos en paralelo.

11. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio para hacer circular el fluido térmico es una bomba mecánica (3) .

12. Dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio para hacer circular el fluido térmico es una bomba capilar.

13. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de

condensación también comprende unos medios de intercambio térmico de tipo conducto tubular que son los medios 5 de circulación del fluido térmico, configurados en serie y/o en paralelo, y unidos directamente a un panel radiante.

14. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de evaporación también comprende unos medios de intercambio térmico de tipo conducto tubular que son los medios de circulación del fluido térmico, configurados en serie y/o en paralelo, y unidos directamente a unos equipos disipadores.

15. Satélite de telecomunicaciones, caracterizado porque comprende un dispositivo de control térmico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

16. Satélite según la reivindicación 15 que consta de un módulo de servicio y de un módulo de comunicaciones, caracterizado porque las superficies externas de los paneles estructurales soportan al menos un radiador.

17. Satélite según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizado porque al menos un radiador es 15 desplegable.