FR3063806A1 - THERMAL TRANSFER DEVICE AND SPATIAL DEVICE COMPRISING SUCH A THERMAL TRANSFER DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de transfert thermique (2) apte à transférer de la chaleur comprenant un boîtier (5) ayant une première paroi principale (12) et une seconde paroi principale (14), ledit boîtier (5) comportant une cavité interne (6) fermée de manière étanche, un liquide (8) contenu dans la cavité interne (6) et un mélangeur (10) propre à mettre ledit liquide en mouvement, le dispositif de transfert thermique (2) étant propre à être commuter entre un premier état et un deuxième état dans lequel le liquide est en mouvement et transfère par convection de la chaleur entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le premier état étant quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le second état.A heat transfer device (2) capable of transferring heat comprising a housing (5) having a first main wall (12) and a second main wall (14), said housing (5) having an internal cavity (6) sealed, a liquid (8) contained in the internal cavity (6) and a mixer (10) adapted to put said liquid in motion, the thermal transfer device (2) being adapted to be switched between a first state and a second state in which the liquid is in motion and convectively transferring heat between the first main wall and the second main wall, the thermal conductance between the first main wall and the second main wall in the first state being four less than the thermal conductance between the first main wall and the second main wall in the second state.
Description
© N° de publication : 3 063 806 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)© Publication number: 3,063,806 (use only for reproduction orders)
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DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
DISPOSITIF DE TRANSFERT THERMIQUE ET ENGIN SPATIAL COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF DE TRANSFERT THERMIQUE.THERMAL TRANSFER DEVICE AND SPACE MACHINE COMPRISING SUCH A THERMAL TRANSFER DEVICE.
FR 3 063 806 - A1 kü/y L'invention concerne un dispositif de transfert thermique (2) apte à transférer de la chaleur comprenant un boîtier (5) ayant une première paroi principale (12) et une seconde paroi principale (14), ledit boîtier (5) comportant une cavité interne (6) fermée de manière étanche, un liquide (8) contenu dans la cavité interne (6) et un mélangeur (10) propre à mettre ledit liquide en mouvement, le dispositif de transfert thermique (2) étant propre à être commuter entre un premier état et un deuxième état dans lequel le liquide est en mouvement et transfère par convection de la chaleur entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le premier état étant quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le second état.FR 3 063 806 - A1 kü / y The invention relates to a thermal transfer device (2) capable of transferring heat comprising a housing (5) having a first main wall (12) and a second main wall (14), said housing (5) comprising an internal cavity (6) sealed, a liquid (8) contained in the internal cavity (6) and a mixer (10) suitable for setting said liquid in motion, the heat transfer device ( 2) being suitable for being switched between a first state and a second state in which the liquid is in motion and transfers by convection of heat between the first main wall and the second main wall, the thermal conductance between the first main wall and the second main wall in the first state being four times lower than the thermal conductance between the first main wall and the second main wall in the second state.
Dispositif de transfert thermique et engin spatial comportant un tel dispositif de transfert thermiqueThermal transfer device and spacecraft comprising such a thermal transfer device
La présente invention se situe dans le domaine des dispositifs de transfert thermique. La présente invention trouve des applications dans de nombreux domaines techniques qui requièrent des transferts de chaleur contrôlés et notamment dans le domaine aérospatial et en particulier pour les satellites en orbite géostationnaires.The present invention is in the field of heat transfer devices. The present invention finds applications in numerous technical fields which require controlled heat transfers and in particular in the aerospace field and in particular for satellites in geostationary orbit.
En effet, en raison du mouvement de révolution de la terre autour du soleil, les différentes faces d’un satellite géostationnaire ne reçoivent pas la même quantité de rayonnement solaire au cours d’une orbite. En particulier les faces Est et Ouest sont alternativement exposées au soleil est à l’ombre, ce qui produit un environnement thermique variable pour le satellite, tantôt très chaud, tantôt très froid. En conséquences les faces Est et Ouest sont en général isolés thermiquement du satellite. L’évacuation de la chaleur dissipée par les équipements du satellite se fait alors essentiellement par les murs Nord et Sud, ce qui limite la capacité de réjection thermique du satellite à la capacité des radiateurs Nord et Sud. D’autre part, le dimensionnement des radiateurs est fait de sorte que les équipements restent à une température inférieure à celle compatible avec leur bon fonctionnement, dans le cas le plus défavorable, qu’on appelle souvent le« pire cas chaud >>. Ce dimensionnement de « pire cas chaud >> peut alors entraîner un refroidissement excessif des équipements, notamment quand ils ne sont pas en fonctionnement, à une température inférieure à la température minimale qu’ils peuvent supporter. Cela rend nécessaire la présence de dispositifs de chauffage pour maintenir l’équipement à une température suffisante dans le cas plus défavorable qu’on appelle souvent le « pire cas froid >>. En outre, il faut que le générateur solaire du satellite puisse fournir la puissance électrique nécessaire, qui n’est pas forcément disponible, notamment pendant la phase de transfert électrique, où les équipements de la charge utile sont coupés et l’alimentation réservée aux propulseurs électriques assurant le transfert vers l’orbite géostationnaire.In fact, due to the earth's movement of revolution around the sun, the different faces of a geostationary satellite do not receive the same amount of solar radiation during an orbit. In particular the East and West faces are alternately exposed to the sun is in the shade, which produces a variable thermal environment for the satellite, sometimes very hot, sometimes very cold. Consequently, the East and West faces are generally thermally isolated from the satellite. The dissipation of the heat dissipated by the satellite equipment is then essentially carried out by the north and south walls, which limits the satellite's thermal rejection capacity to the capacity of the north and south radiators. On the other hand, the dimensioning of the radiators is made so that the equipment remains at a temperature lower than that compatible with their proper functioning, in the most unfavorable case, which is often called the "worst hot case". This “worst case” design can then lead to excessive cooling of the equipment, especially when it is not in operation, at a temperature below the minimum temperature that it can withstand. This makes it necessary to have heating devices to keep the equipment at a sufficient temperature in the more unfavorable case which is often called the "worst cold case". In addition, the satellite's solar generator must be able to supply the necessary electric power, which is not necessarily available, especially during the electric transfer phase, where the equipment of the payload is cut and the power reserved for the thrusters. electrics ensuring the transfer to the geostationary orbit.
Dans le cas usuel le transport de chaleur vers les radiateurs se fait par des caloducs. Ces caloducs fonctionnent de façon complètement passive et bidirectionnelle de sorte que le problème est particulièrement critique car le caloduc va continuer d’assurer un transfert de chaleur entre les radiateurs et sans avoir la possibilité de l’interrompre.In the usual case the transport of heat to the radiators is done by heat pipes. These heat pipes operate in a completely passive and bidirectional manner so that the problem is particularly critical because the heat pipe will continue to provide heat transfer between the radiators and without the possibility of interrupting it.
Le but de la présente invention est de proposer un système de transfert de chaleur contrôlable, léger et fiable qui permette de résoudre les inconvénients précédents.The object of the present invention is to provide a controllable, light and reliable heat transfer system which makes it possible to solve the above drawbacks.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de transfert de chaleur apte à transférer de la chaleur entre un premier objet et un second objet, comprenant un boîtier ayant une première paroi principale et une seconde paroi principale, la première paroi principale étant destinée à être en contact thermique direct par conduction avec ledit premier objet, la seconde paroi principale étant destinée à être en contact thermique direct par conduction avec ledit second objet, ledit boîtier comportant une cavité interne fermée de manière étanche, un liquide contenu dans la cavité interne et un mélangeur propre à mettre ledit liquide en mouvement, le dispositif de transfert thermique étant propre à être commuté entre un premier état dans lequel le liquide stagne et un deuxième état dans lequel le liquide est en mouvement et transfère par convection forcée de la chaleur entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale lorsque le dispositif de transfert est dans le premier état étant quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale lorsque le dispositif de transfert est dans le second état.To this end, the subject of the invention is a heat transfer device capable of transferring heat between a first object and a second object, comprising a housing having a first main wall and a second main wall, the first main wall being intended to be in direct thermal contact by conduction with said first object, the second main wall being intended to be in direct thermal contact by conduction with said second object, said housing comprising an internal cavity closed in a sealed manner, a liquid contained in the cavity internal and a mixer capable of setting said liquid in motion, the thermal transfer device being capable of being switched between a first state in which the liquid stagnates and a second state in which the liquid is in motion and transfers by forced convection of heat between the first main wall and the second main wall, the thermal conductance between the first main wall ipale and the second main wall when the transfer device is in the first state being four times lower than the thermal conductance between the first main wall and the second main wall when the transfer device is in the second state.
Avantageusement, le dispositif de transfert thermique peut être un bon échangeur thermique dans un état et un bon isolant thermique dans l’autre état. Quand il est couplé à d’autres moyens de transfert thermique, il peut ainsi fonctionner comme un interrupteur thermique de ce moyen de transfert.Advantageously, the heat transfer device can be a good heat exchanger in one state and a good thermal insulator in the other state. When coupled with other means of thermal transfer, it can thus function as a thermal switch for this means of transfer.
Avantageusement, le dispositif de transfert thermique est bidirectionnel. II est donc compatible avec d’autres moyens de transfert thermique bi3063806 directionnels tels que les caloducs. Ainsi, le transport de chaleur peut être réalisé soit du caloduc vers la seconde paroi principale du boîtier soit de la seconde paroi principale du boîtier vers le caloduc.Advantageously, the heat transfer device is bidirectional. It is therefore compatible with other bi3063806 directional heat transfer means such as heat pipes. Thus, the heat transport can be carried out either from the heat pipe to the second main wall of the housing or from the second main wall of the housing to the heat pipe.
Avantageusement, ce dispositif de transfert de chaleur présente une masse faible et consomme peu d’énergie électrique.Advantageously, this heat transfer device has a low mass and consumes little electrical energy.
Avantageusement, ce dispositif de transfert de chaleur présente un faible encombrement.Advantageously, this heat transfer device has a small footprint.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de transfert thermique comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :According to particular embodiments, the heat transfer device comprises one or more of the following characteristics:
- Le dispositif de transfert comporte en outre ledit premier objet et dans lequel le premier objet est un caloduc.- The transfer device further comprises said first object and in which the first object is a heat pipe.
- Le dispositif de transfert comporte en outre ledit second objet et dans lequel le second objet est un caloduc. Selon un mode de réalisation, la première paroi principale est en contact thermique direct avec ledit caloduc. Selon un autre mode de réalisation, au moins un objet parmi le premier objet et le second objet est intégré dans au moins une paroi parmi la première paroi principale et la seconde paroi principale.- The transfer device further comprises said second object and in which the second object is a heat pipe. According to one embodiment, the first main wall is in direct thermal contact with said heat pipe. According to another embodiment, at least one object from the first object and the second object is integrated into at least one wall from the first main wall and the second main wall.
- Au moins une paroi parmi la première paroi principale et la seconde paroi principale comporte une face externe plane.- At least one wall from the first main wall and the second main wall has a flat outer face.
Avantageusement, cette paroi plane favorise l’échange thermique avec un objet plat.Advantageously, this planar wall promotes heat exchange with a flat object.
- Le boîtier présente la forme d’un parallélépipède ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la hauteur étant la distance entre la première paroi principale et la seconde paroi principale, et dans lequel la hauteur présente une dimension deux fois inférieure à ladite largeur.- The housing has the shape of a parallelepiped having a length, a width and a height, the height being the distance between the first main wall and the second main wall, and in which the height has a dimension twice less than said width .
- Le fluide est un fluide diélectrique et dans lequel le mélangeur comporte au moins deux électrodes disposées à intervalle l’une de l’autre et immergées dans le fluide diélectrique, les électrodes et le fluide formant un système électro-hydrodynamique.- The fluid is a dielectric fluid and in which the mixer comprises at least two electrodes disposed at intervals from one another and immersed in the dielectric fluid, the electrodes and the fluid forming an electro-hydrodynamic system.
Avantageusement, cette forme plane limite la puissance nécessaire à l’entrainement du fluide et augmente la surface d’échange à volume constant.Advantageously, this planar shape limits the power required to drive the fluid and increases the exchange surface at constant volume.
- Les électrodes s’étendent dans un plan parallèle au plan médian des parois principales.- The electrodes extend in a plane parallel to the median plane of the main walls.
Avantageusement, ce type de mélangeur est fiable car il ne comporte pas de pièces mécaniques qui pourraient s’user suite à des contacts répétés.Advantageously, this type of mixer is reliable because it does not include mechanical parts which could wear out due to repeated contacts.
Le mélangeur comporte un premier support propre à porter au moins deux électrodes et un second support propre à porter au moins deux électrodes, les premier et le second supports étant agencés l’un à côté de l’autre dans un même plan parallèle à une paroi principale, les au moins deux d’électrodes portées par le premier support étant alimentées par une première tension, les au moins deux électrodes portées par le second support étant alimentées par une seconde tension, ladite seconde tension étant de signe opposée à la première tension, la circulation du fluide entre les électrodes du premier support et la circulation du fluide entre les électrodes du deuxième support étant de sens opposées.The mixer comprises a first support suitable for carrying at least two electrodes and a second support suitable for carrying at least two electrodes, the first and second supports being arranged one next to the other in the same plane parallel to a wall main, the at least two electrodes carried by the first support being supplied by a first voltage, the at least two electrodes carried by the second support being supplied by a second voltage, said second voltage being of sign opposite to the first voltage, the circulation of the fluid between the electrodes of the first support and the circulation of the fluid between the electrodes of the second support being in opposite directions.
La conductance thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le premier état est inférieure à 40 W/K/m2 et avantageusement inférieure à 8 W/k/m2.The thermal conductance between the first main wall and the second main wall in the first state is less than 40 W / K / m 2 and advantageously less than 8 W / k / m 2 .
La conductivité thermique entre la première paroi principale et la seconde paroi principale dans le deuxième état est supérieure à 250 W/K/m2 et avantageusement supérieure à 800 W/k/m2.The thermal conductivity between the first main wall and the second main wall in the second state is greater than 250 W / K / m 2 and advantageously greater than 800 W / k / m 2 .
Le mélangeur est un dispositif d’entrainement mécanique du liquide.The mixer is a mechanical device for driving the liquid.
L’invention a également pour objet un engin spatial comprenant :The subject of the invention is also a spacecraft comprising:
- une caisse ayant une face Nord, une face Sud opposée à la face Nord, une face Est et une face Ouest opposée à la face Est ;- a body having a North face, a South face opposite to the North face, an East face and a West face opposite to the East face;
- au moins un radiateur porté par au moins une face parmi la face Nord la face Sud, la face Est ou la face Ouest,- at least one radiator carried by at least one face among the North face, the South face, the East face or the West face,
- au moins un équipement dissipatif relié par un dispositif de transfert thermique nominal à au moins un radiateur ;- at least one dissipative device connected by a nominal heat transfer device to at least one radiator;
caractérisé en ce que le dispositif de transfert thermique nominal comporte au moins un dispositif de transfert thermique selon les caractéristiques mentionnées ci-dessus, de sorte à permettre une conductance thermique commutable entre l’équipement dissipatif et le radiateur selon l’état du dispositif.de transfert thermique.characterized in that the nominal thermal transfer device comprises at least one thermal transfer device according to the characteristics mentioned above, so as to allow a switchable thermal conductance between the dissipative equipment and the radiator according to the state of the device. Thermal transfer.
En variante, l’engin spatial comporte au moins un dispositif de transfert thermique redondant, un caloduc nominal et un caloduc redondant, et dans lequel une paroi principale du dispositif de transfert principal et une paroi principale du dispositif de transfert redondant est en contact thermique avec ledit caloduc nominal et ledit caloduc redondant.Alternatively, the spacecraft includes at least one redundant heat transfer device, a nominal heat pipe and a redundant heat pipe, and in which a main wall of the main transfer device and a main wall of the redundant transfer device is in thermal contact with said nominal heat pipe and said redundant heat pipe.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures sur lesquelles :The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the figures in which:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention, d’un premier et un second objets, le dispositif de transfert thermique étant dans un premier état ;- Figure 1 is a schematic sectional view of a thermal transfer device according to a first embodiment of the invention, of a first and a second object, the thermal transfer device being in a first state;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe du dispositif de transfert thermique, du premier et du second objets tels qu’illustrés sur la figure 1, le dispositif de transfert thermique étant dans un deuxième état ;- Figure 2 is a schematic sectional view of the heat transfer device, the first and second objects as illustrated in Figure 1, the heat transfer device being in a second state;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;- Figure 3 is a schematic sectional view of a heat transfer device according to a second embodiment of the invention;
- la figure 4 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;- Figure 4 is a schematic sectional view of a heat transfer device according to a third embodiment of the invention;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;- Figure 5 is a schematic sectional view of a heat transfer device according to a fourth embodiment of the invention;
- la figure 6 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de transfert thermique selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ;- Figure 6 is a schematic sectional view of a heat transfer device according to a fifth embodiment of the invention;
- la figure 7 est une vue schématique en perspective d’un engin spatial selon la présente invention ; et- Figure 7 is a schematic perspective view of a spacecraft according to the present invention; and
- la figure 8 est une vue schématique en perspective d’une partie d’un engin spatial comportant deux dispositifs de transfert thermique montés en redondance.- Figure 8 is a schematic perspective view of a portion of a spacecraft comprising two heat transfer devices mounted in redundancy.
En référence à la figure 1, le dispositif de de transfert thermique 2 selon l’invention est propre à transférer ou à ne pas transférer de la chaleur par convection forcée entre un premier objet 3 et un second objet 4. II agit comme un interrupteur thermique.Referring to Figure 1, the thermal transfer device 2 according to the invention is suitable for transferring or not transferring heat by forced convection between a first object 3 and a second object 4. It acts as a thermal switch .
Le dispositif de de transfert thermique 2 peut par exemple être monté dans un engin spatial ou dans tout autre dispositif nécessitant un contrôle d’un flux de chaleur. Le premier 3 et le second 4 objets sont alors par exemple constitués par des caloducs, des composants électroniques, des plaques de support de ces composants électroniques, des équipements. Ainsi, la figure 1 peut par exemple représenter une vue en coupe selon le plan l-l d’un dispositif thermique et de deux caloducs d’une partie d’un engin spatial tel qu’illustré sur la figure 8.The heat transfer device 2 can for example be mounted in a spacecraft or in any other device requiring control of a heat flow. The first 3 and the second 4 objects are then for example constituted by heat pipes, electronic components, support plates for these electronic components, equipment. Thus, FIG. 1 can for example represent a sectional view along the plane l-l of a thermal device and of two heat pipes of a part of a spacecraft as illustrated in FIG. 8.
Selon le premier mode de réalisation de l’invention illustré sur la figure 1, le dispositif de transfert thermique 2 comporte un boîtier 5 creux délimitant une cavité interne 6, un liquide 8 contenu dans la cavité interne 6 et un mélangeur 10 propre à mettre en mouvement le liquide et à provoquer une augmentation de la conduction thermique entre deux parties du boîtier 5.According to the first embodiment of the invention illustrated in FIG. 1, the thermal transfer device 2 comprises a hollow housing 5 delimiting an internal cavity 6, a liquid 8 contained in the internal cavity 6 and a mixer 10 suitable for placing in movement of the liquid and cause an increase in thermal conduction between two parts of the housing 5.
Le boîtier 5 est fermé de manière étanche.The housing 5 is closed in a sealed manner.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le boîtier 5 présente une forme générale parallélépipédique rectangle muni d’un appendice creux. II présente une première paroi principale 12, une seconde paroi principale 14 opposée à la première paroi principale et quatre parois latérales 16. Le boîtier 5 présente une longueur L, une largeur I et une hauteur h, la hauteur h étant définie comme la distance entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14.In the embodiment of Figure 1, the housing 5 has a generally rectangular parallelepiped shape with a hollow appendage. It has a first main wall 12, a second main wall 14 opposite the first main wall and four side walls 16. The housing 5 has a length L, a width I and a height h, the height h being defined as the distance between the first main wall 12 and the second main wall 14.
De préférence, le boîtier 5 est plat. Ainsi, le boîtier 5 présente une hauteur de dimension deux fois inférieure à sa largeur I. Sa première 12 et sa seconde parois principales sont en contact thermique avec le premier 3 et le second 4 objets.Preferably, the housing 5 is flat. Thus, the housing 5 has a height of dimension twice less than its width I. Its first 12 and its second main walls are in thermal contact with the first 3 and the second 4 objects.
Dans ce mode de réalisation, avantageusement, la première 12 et la seconde 14 parois principales comportent une face externe plane 17. Cette planéité favorise l’échange thermique avec le premier et le second objets.In this embodiment, advantageously, the first 12 and the second 14 main walls have a flat external face 17. This flatness promotes heat exchange with the first and the second objects.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le mélangeur 10 forme avec le liquide un système électro-hydrodynamique 18. Ce système électro-hydrodynamique 18 comporte deux électrodes 20 espacées l’une de l’autre et immergées dans le liquide. Le liquide est un liquide diélectrique. Le liquide est propre à transférer de la chaleur. Un dispositif EHD tel que décrit dans la demande de brevet WO 2015/084238, pourrait être utilisé.In the embodiment shown in FIG. 1, the mixer 10 forms with the liquid an electro-hydrodynamic system 18. This electro-hydrodynamic system 18 comprises two electrodes 20 spaced from one another and immersed in the liquid. The liquid is a dielectric liquid. The liquid is able to transfer heat. An EHD device as described in patent application WO 2015/084238, could be used.
Dans le mode de réalisation représenté, le mélangeur 10 comporte une unité électronique de traitement 24 logé dans l’appendice 22. L’unité électronique de traitement 24 est propre à recevoir un signal de commande et à appliquer ou à ne pas appliquer une tension entre les deux électrodes 20 en fonction de ce signal de commande.In the embodiment shown, the mixer 10 comprises an electronic processing unit 24 housed in appendix 22. The electronic processing unit 24 is suitable for receiving a control signal and for applying or not applying a voltage between the two electrodes 20 as a function of this control signal.
En fonctionnement, le dispositif de transfert de chaleur 2 est un interrupteur thermique propre à être commuté entre un état de conduction thermique faible dit premier état, et un état de conduction thermique élevé dit deuxième état.In operation, the heat transfer device 2 is a thermal switch capable of being switched between a state of low thermal conduction said first state, and a state of high thermal conduction said second state.
Dans le premier état illustré sur la figure 1, aucune tension n’est appliquée entre les deux électrodes 20. Le liquide est immobile. Le liquide stagne. Le dispositif de transfert de chaleur agit comme un isolant. La chaleur du premier objet n’est pas (ou peu) transférée au second objet, même si les deux objets possèdent une température très différente.In the first state illustrated in Figure 1, no voltage is applied between the two electrodes 20. The liquid is stationary. The liquid stagnates. The heat transfer device acts as an insulator. The heat from the first object is not (or only slightly) transferred to the second object, even if the two objects have a very different temperature.
Dans le second état illustré sur la figure 2, une tension est appliquée entre les deux électrodes 20. Le liquide est entraîné en mouvement. Si la première paroi principale présente une température supérieure à la seconde paroi principale, de la chaleur est transférée de la première paroi principale 12 par convection vers la seconde paroi principale 14. Si la seconde paroi principale présente une température supérieure à la première paroi principale, de la chaleur est transférée de la seconde paroi principale 12 par convection forcée à la première paroi principale 14.In the second state illustrated in Figure 2, a voltage is applied between the two electrodes 20. The liquid is driven in motion. If the first main wall has a temperature higher than the second main wall, heat is transferred from the first main wall 12 by convection to the second main wall 14. If the second main wall has a temperature higher than the first main wall, heat is transferred from the second main wall 12 by forced convection to the first main wall 14.
Avantageusement, ce système est ainsi bidirectionnel et peut être combiné avec des caloducs ou tout autre dispositif de transfert de chaleur bidirectionnel, la combinaison restant bidirectionnelle.Advantageously, this system is thus bidirectional and can be combined with heat pipes or any other bidirectional heat transfer device, the combination remaining bidirectional.
Avantageusement, selon la présente invention, la conductance thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14, lorsque le dispositif de transfert thermique est dans le premier état est quatre fois inférieure à la conductance thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14, lorsque le dispositif de transfert thermique est dans le second état.Advantageously, according to the present invention, the thermal conductance between the first main wall 12 and the second main wall 14, when the heat transfer device is in the first state is four times lower than the thermal conductance between the first main wall 12 and the second main wall 14, when the heat transfer device is in the second state.
De préférence, la conductance thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14 dans le premier état est inférieure à 40 W/K/m2 et avantageusement inférieure à 8 W/k/m2.Preferably, the thermal conductance between the first main wall 12 and the second main wall 14 in the first state is less than 40 W / K / m 2 and advantageously less than 8 W / k / m 2 .
La conductivité thermique entre la première paroi principale 12 et la seconde paroi principale 14 dans le deuxième état est supérieure à 250 W/K/m2 et avantageusement supérieure à 800 W/k/m2.The thermal conductivity between the first main wall 12 and the second main wall 14 in the second state is greater than 250 W / K / m 2 and advantageously greater than 800 W / k / m 2 .
Un dispositif de transfert de chaleur 26 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 3. Ce dispositif de transfert de chaleur 26 est similaire au dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation de l’invention à l’exception du fait qu’un caloduc 28 est intégré dans la première paroi principale 12. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 26 selon le second mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.A heat transfer device 26 according to a second embodiment of the invention is illustrated in FIG. 3. This heat transfer device 26 is similar to the heat transfer device 2 according to the first embodiment of the invention except for the fact that a heat pipe 28 is integrated into the first main wall 12. The technical elements of the heat transfer device 26 according to the second embodiment identical to the technical elements of the heat transfer device 2 according to the first embodiment are referenced by the same references and will not be described a second time.
L’intégration du caloduc 28 dans la première paroi principale favorise la transmission de la chaleur du liquide calorifère contenu dans le caloduc au liquide contenu dans la cavité interne 6.The integration of the heat pipe 28 into the first main wall promotes the transmission of heat from the heat-producing liquid contained in the heat pipe to the liquid contained in the internal cavity 6.
Un dispositif de transfert de chaleur 30 selon un troisième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 4. Le dispositif de transfert de chaleur 30 selon le troisième mode de réalisation de l’invention ne sera pas décrit en totalité, seules les différences par rapport au dispositif de transfert thermique selon le premier mode de réalisation seront décrites. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 30 selon le troisième mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.A heat transfer device 30 according to a third embodiment of the invention is illustrated in FIG. 4. The heat transfer device 30 according to the third embodiment of the invention will not be described in full, only the differences from the heat transfer device according to the first embodiment will be described. The technical elements of the heat transfer device 30 according to the third embodiment identical to the technical elements of the heat transfer device 2 according to the first embodiment are referenced by the same references and will not be described a second time.
Dans ce mode de réalisation, les deux électrodes 20 sont remplacées par plusieurs paires d’électrodes identiques. Chaque électrode ayant la forme d’une grille 32. Le mélangeur 10 comporte en outre un support propre à porter les électrodes 32 de manière à ce que celles-ci soient superposées les unes aux autres selon la direction Y. Les électrodes 32 s’étendent dans un plan (X, Z) parallèle au plan médian des parois principales 12, 14. Les électrodes sont en outre espacées les unes des autres par un espace libre e. Chaque paire d’électrodes est alimentée en parallèle par l’unité électronique de traitement 24. Un dispositif tel que décrit à la figure 6 de la demande de brevet WO 2015/084238 pourrait être utilisé.In this embodiment, the two electrodes 20 are replaced by several pairs of identical electrodes. Each electrode having the form of a grid 32. The mixer 10 also comprises a support suitable for carrying the electrodes 32 so that they are superimposed on each other in the direction Y. The electrodes 32 extend in a plane (X, Z) parallel to the median plane of the main walls 12, 14. The electrodes are further spaced from each other by a free space e. Each pair of electrodes is supplied in parallel by the electronic processing unit 24. A device as described in FIG. 6 of patent application WO 2015/084238 could be used.
De préférence, les électrodes 32 s’étendent sur une surface inférieure à la surface intérieure de la première paroi principale 12. Ainsi, une portion de la cavité 6 n’est pas parcourue par les électrodes et est destinée au retour de fluide. Un tel agencement entraîne un déplacement du fluide selon une boucle tangente à la première 12 et à la seconde 14 parois principales. Un compromis est à trouver entre la surface des électrodes en forme de grille plate qui doit être maximisée pour l’entrainement du fluide et l’espace restant qui doit être suffisant pour assurer le retour du fluide en limitant les pertes de charge.Preferably, the electrodes 32 extend over a surface less than the interior surface of the first main wall 12. Thus, a portion of the cavity 6 is not traversed by the electrodes and is intended for the return of fluid. Such an arrangement causes a displacement of the fluid in a loop tangent to the first 12 and to the second 14 main walls. A compromise has to be found between the surface of the electrodes in the form of a flat grid which must be maximized for the entrainment of the fluid and the remaining space which must be sufficient to ensure the return of the fluid while limiting the pressure drops.
L’unité électronique de traitement 24 est propre à appliquer une tension à chaque électrode de manière à générer une différence de potentiel entre chaque paire d’électrodes adjacentes. Les différences de potentiel entre chaque paire d’électrodes adjacentes du support 34 sont toutes de même signe. Une différence de potentielle égale à la somme des différences de potentiel entre chaque paire d’électrodes adjacentes est générée entre l’électrode supérieure et l’électrode inférieure.The electronic processing unit 24 is capable of applying a voltage to each electrode so as to generate a potential difference between each pair of adjacent electrodes. The potential differences between each pair of adjacent electrodes of the support 34 are all of the same sign. A potential difference equal to the sum of the potential differences between each pair of adjacent electrodes is generated between the upper electrode and the lower electrode.
En fonctionnement, lorsque le dispositif de transfert thermique 30 est dans le second état, le liquide est propre à se déplacer selon des boucles présentant une première portion de trajet T1 dirigée selon une direction Y perpendiculaire aux électrodes, une deuxième portion de trajet T2 courbe selon une direction appartenant au plan de la seconde paroi principale, une troisième portion de trajet T3 selon une direction opposée à la direction Y et une quatrième portion de trajet T4 selon une direction appartenant au plan de la première paroi principale.In operation, when the heat transfer device 30 is in the second state, the liquid is able to move in loops having a first portion of path T1 directed in a direction Y perpendicular to the electrodes, a second portion of path T2 curved according to a direction belonging to the plane of the second main wall, a third portion of path T3 in a direction opposite to the direction Y and a fourth portion of path T4 in a direction belonging to the plane of the first main wall.
Un dispositif de transfert de chaleur 42 selon un quatrième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 5. Le dispositif de transfert de chaleur 42 selon le quatrième mode de réalisation de l’invention ne sera pas décrit en totalité seules les différences par rapport au dispositif de transfert thermique selon le troisième mode de réalisation seront décrites. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 42 selon le quatrième mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 30 selon le troisième mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.A heat transfer device 42 according to a fourth embodiment of the invention is illustrated in FIG. 5. The heat transfer device 42 according to the fourth embodiment of the invention will not be fully described only the differences with respect to the heat transfer device according to the third embodiment will be described. The technical elements of the heat transfer device 42 according to the fourth embodiment identical to the technical elements of the heat transfer device 30 according to the third embodiment are referenced by the same references and will not be described a second time.
Le dispositif de transfert de chaleur 42 selon le quatrième mode de réalisation de l’invention comporte un premier support 44 portant des électrodes 32 et un second support 46 supportant des électrodes 32. Le second support 32 est disposé adjacent au premier support 44.Dans ce mode de réalisation, les supports 44, 46 et électrodes 32 occupent l’ensemble de la surface interne du boîtier 5.The heat transfer device 42 according to the fourth embodiment of the invention comprises a first support 44 carrying electrodes 32 and a second support 46 supporting electrodes 32. The second support 32 is disposed adjacent to the first support 44. embodiment, the supports 44, 46 and electrodes 32 occupy the entire internal surface of the housing 5.
Le premier 44 et le deuxième 46 supports sont identiques au support du dispositif de transfert thermique selon le troisième mode de réalisation à l’exception du fait qu’il comporte un nombre inférieur d’électrodes sur l’exemple illustré sur la figure 5.The first 44 and the second 46 supports are identical to the support of the heat transfer device according to the third embodiment except that it has a lower number of electrodes in the example illustrated in FIG. 5.
L’unité électronique de traitement 24 est propre à appliquer une première tension U1 entre l’électrode supérieure et l’électrode inférieure du premier support 44 et une seconde tension U2 entre l’électrode supérieure et l’électrode inférieure du second support 46. La première tension U1 est de signe opposé à la seconde tension U2.The electronic processing unit 24 is capable of applying a first voltage U1 between the upper electrode and the lower electrode of the first support 44 and a second voltage U2 between the upper electrode and the lower electrode of the second support 46. The first voltage U1 is of opposite sign to the second voltage U2.
En fonctionnement, dans le second état, le liquide 8 se déplace selon une première de portion de trajet T1 qui s’étend selon la direction Y au travers des électrodes du premier support 44, une deuxième portion de trajet T2 selon une direction parallèle au plan des électrodes, une troisième portion de trajet T3 qui s’étend selon la direction Y au travers des électrodes du deuxième support 46 et une quatrième portion de trajet T4 selon une direction parallèle au plan des électrodes.In operation, in the second state, the liquid 8 moves along a first path portion T1 which extends in the direction Y through the electrodes of the first support 44, a second path portion T2 along a direction parallel to the plane electrodes, a third path portion T3 which extends in the direction Y through the electrodes of the second support 46 and a fourth path portion T4 in a direction parallel to the plane of the electrodes.
Un dispositif de transfert de chaleur 48 selon un cinquième mode de réalisation de l’invention est illustré sur la figure 6. Le dispositif de transfert de chaleur 48 selon le cinquième mode de réalisation de l’invention ne sera pas décrit en totalité, seules les différences par rapport au dispositif de transfert thermique selon le premier mode de réalisation seront décrites. Les éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 48 selon le cinquième mode de réalisation identiques aux éléments techniques du dispositif de transfert de chaleur 2 selon le premier mode de réalisation sont référencés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois.A heat transfer device 48 according to a fifth embodiment of the invention is illustrated in FIG. 6. The heat transfer device 48 according to the fifth embodiment of the invention will not be described in full, only the differences from the heat transfer device according to the first embodiment will be described. The technical elements of the heat transfer device 48 according to the fifth embodiment identical to the technical elements of the heat transfer device 2 according to the first embodiment are referenced by the same references and will not be described a second time.
Dans ce mode de réalisation, le boîtier 50 présente une section semisphérique aplatie. II présente une longueur L qui s’étend selon la direction Z. En particulier, le boîtier 50 présente une section de forme elliptique. Le boîtier présente une première paroi principale 52 courbe en contact thermique avec un premier objet 3 et une seconde paroi principale courbe 54 en contact thermique avec un second objet 4.In this embodiment, the housing 50 has a flattened semispherical section. It has a length L which extends in the direction Z. In particular, the housing 50 has a cross section of elliptical shape. The housing has a first curved main wall 52 in thermal contact with a first object 3 and a second curved main wall 54 in thermal contact with a second object 4.
Le liquide contenu dans la cavité interne 6 n’est pas diélectrique.The liquid contained in the internal cavity 6 is not dielectric.
Dans ce mode de réalisation, le mélangeur 10 comprend un actionneur rotatif 54, un arbre rotatif 56 et des pales 60 montées sur l’arbre rotatif et entraînées en rotation par l’actionneur rotatif 54. Un agitateur magnétique pourrait également être utilisé.In this embodiment, the mixer 10 comprises a rotary actuator 54, a rotary shaft 56 and blades 60 mounted on the rotary shaft and driven in rotation by the rotary actuator 54. A magnetic stirrer could also be used.
En fonctionnement, le dispositif de transfert thermique 48 est commuté entre un premier état dans lequel l’actionneur rotatif 54 n’est pas en fonctionnement et un second état dans lequel l’actionneur rotatif 54 est mis en mouvement.In operation, the heat transfer device 48 is switched between a first state in which the rotary actuator 54 is not in operation and a second state in which the rotary actuator 54 is set in motion.
Dans le premier état, le liquide stagne, la conduction thermique entre la première paroi principale 52 et la seconde paroi principale 54 est faible. Dans le second état, l’actionneur rotatif 54 est mis en fonctionnement. II y a un transfert de chaleur entre la première paroi principale 52 et la seconde paroi principale 54.In the first state, the liquid stagnates, the thermal conduction between the first main wall 52 and the second main wall 54 is weak. In the second state, the rotary actuator 54 is put into operation. There is a heat transfer between the first main wall 52 and the second main wall 54.
En variante, le mélangeur 10 comprend une pâle propre à battre le liquide pour le mélanger.As a variant, the mixer 10 comprises a blade capable of beating the liquid to mix it.
Le dispositif de transfert thermique selon la présente invention peut par exemple être monté sur un engin spatial 62 comme illustrés sur les figures 7 etThe heat transfer device according to the present invention can for example be mounted on a spacecraft 62 as illustrated in FIGS. 7 and
8.8.
En référence à la figure 7, un engin spatial 62 du type satellite géostationnaire se présente sous la forme d'une caisse parallélépipédique délimitant un espace intérieur 65 et un espace extérieur 66. Cette caisse présente toujours la même face dirigée vers la Terre, cette face étant appelée la face Terre 68. La face opposée et parallèle à la face Terre 68 est quant à elle appelée la face anti- Terre. Elle n’est pas représentée sur la figure 7.With reference to FIG. 7, a spacecraft 62 of the geostationary satellite type is in the form of a parallelepipedic box delimiting an interior space 65 and an exterior space 66. This box always has the same face directed towards the Earth, this face being called the Earth face 68. The face opposite and parallel to the Earth face 68 is for its part called the anti-Earth face. It is not shown in Figure 7.
La face - X, aussi appelée face Est (non représentée), et la face +X, aussi appelée face Ouest 74, sont des faces opposées, parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction de déplacement de l'engin spatial. Des antennes de communication 76 sont généralement fixées sur les faces - X et +X.The face - X, also called the East face (not shown), and the face + X, also called the West face 74, are opposite faces, mutually parallel and perpendicular to the direction of movement of the spacecraft. Communication antennas 76 are generally fixed on the faces - X and + X.
La face - Y, aussi appelée face Nord 78, et la face + Y, aussi appelée face Sud 80, sont deux autres faces de la caisse. Elles sont opposées, parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe Nord-Sud de la Terre.The - Y face, also called the North face 78, and the + Y face, also called the South face 80, are two other sides of the body. They are opposite, parallel to each other and perpendicular to the North-South axis of the Earth.
Un premier radiateur principal 82, généralement appelé radiateur Nord, est fixé à et s’étend sur la face -Y 78. Un second radiateur principal 84, généralement appelé radiateur Sud, est fixé à et s’étend sur la face +Y 80.A first main radiator 82, generally called the North radiator, is fixed to and extends on the face -Y 78. A second main radiator 84, generally called the South radiator, is fixed to and extends on the side + Y 80.
Cette caisse porte des équipements dissipatifs de chaleur, des réseaux 90 de caloducs propres à transférer de la chaleur générée par les équipements dissipatifs vers les radiateurs 82, 84, des réseaux 92 de caloducs propres à transférer de la chaleur sur la face -X et des dispositifs de transfert thermique 2, 102 montés entre les réseaux 90, 92 de caloducs pour autoriser ou interdire le transfert de chaleur d’un réseau de caloducs à l’autre. Les équipements dissipatifs de chaleur sont en général situés à l’intérieur de la caisse. Ils ne sont pas représentés sur la figure 7.This body carries heat dissipative equipment, networks 90 of heat pipes suitable for transferring heat generated by the dissipative equipment to radiators 82, 84, networks 92 of heat pipes suitable for transferring heat to the -X face and heat transfer devices 2, 102 mounted between the networks 90, 92 of heat pipes to authorize or prohibit the transfer of heat from one network of heat pipes to another. Heat dissipative equipment is usually located inside the body. They are not shown in Figure 7.
Les équipements dissipatifs 86 sont illustrés schématiquement sur la figure 8. Ils comprennent de façon classique des équipements de radiofréquences actifs ou passifs, des composants électroniques, des instruments de mesure, des unités de calcul et des batteries.The dissipative equipment 86 is illustrated diagrammatically in FIG. 8. They conventionally include active or passive radio frequency equipment, electronic components, measuring instruments, calculation units and batteries.
Un troisième réseau de caloducs (non représenté) peut également être monté sur la face interne du radiateur 82 et des dispositifs de transfert thermique peuvent être montés entre le troisième réseau de caloducs et le réseau de caloducs 92.A third network of heat pipes (not shown) can also be mounted on the internal face of the radiator 82 and heat transfer devices can be mounted between the third network of heat pipes and the network of heat pipes 92.
La figure 8 illustre un exemple d’utilisation de deux dispositifs de transfert thermique 2, 102 selon la présente invention montés en redondance entre un premier réseau de caloducs 90 monté sur la face 80 et un second réseau de caloduc 92 monté sur la face 74.FIG. 8 illustrates an example of use of two heat transfer devices 2, 102 according to the present invention mounted in redundancy between a first network of heat pipes 90 mounted on the face 80 and a second network of heat pipes 92 mounted on the face 74.
Un dispositif de transfert thermique est dit dispositif de transfert thermique nominal 2. L’autre dispositif de transfert thermique est dit dispositif de transfert thermique redondant 102.A thermal transfer device is called the nominal thermal transfer device 2. The other thermal transfer device is called the redundant thermal transfer device 102.
Le premier réseau 92 comporte un caloduc dit caloduc nominal 94 et un caloduc, dit caloduc redondant 96.The first network 92 comprises a heat pipe called nominal heat pipe 94 and a heat pipe, called redundant heat pipe 96.
Dans cet exemple, le caloduc nominal 94 et le caloduc redondant 96 sont en contact thermique direct avec la première paroi principale du dispositif de transfert thermique nominal 2 et avec la première paroi principale 12 du dispositif de transfert thermique redondant 102. La seconde paroi principale 14 du dispositif de transfert thermique nominal 2 et la seconde paroi principale 14 du dispositif de transfert thermique redondant 102 sont en contact thermique direct avec les caloducs du second réseau de caloducs 90.In this example, the nominal heat pipe 94 and the redundant heat pipe 96 are in direct thermal contact with the first main wall of the nominal heat transfer device 2 and with the first main wall 12 of the redundant heat transfer device 102. The second main wall 14 of the nominal thermal transfer device 2 and the second main wall 14 of the redundant thermal transfer device 102 are in direct thermal contact with the heat pipes of the second network of heat pipes 90.
Cette mise en œuvre de la présente invention assure une double redondance puisque à la fois en en cas de percement d’un caloduc par une météorite ou en cas de percement d’un dispositif de transfert thermique par une météorite, la transmission de chaleur est assurée par l’autre caloduc ou l’autre dispositif de transfert thermique.This implementation of the present invention provides double redundancy since both when a heat pipe is pierced by a meteorite or when a heat transfer device is pierced by a meteorite, heat transmission is ensured by the other heat pipe or the other heat transfer device.
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