JP2000211599A - サ―マル・ル―バ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーマル・ルーバのサイズや形状は、機器の
発熱量や配置から決定されるラジエータのサイズ、形状
によって制約を受けるため、既存の標準化された数種類
の所定のサイズ、形状のサーマル・ルーバでは、人工衛
星が有する様々なラジエータに合わせてサーマル・ルー
バを配置することができなかった。 【解決手段】 ブレードとシャフト、バイメタルコイ
ル、フレームを１組にしてモジュール化し、左記モジュ
ールをラジエータのサイズや形状に合わせて複数配列す
ることにより、人工衛星の様々なラジエータに対応でき
るようにするとともに、フレームがラジエータの放熱視
野を遮る面積を最小化してモジュール化の影響によるラ
ジエータの放熱能力の低下や重量増を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星や宇宙
ステーション等の宇宙航行体内部の発熱や熱環境に対応
して放熱量をコントロールするサーマル・ルーバ（Ｔｈ
ｅｒｍａｌ Ｌｏｕｂｅｒ：以下、単にルーバと呼ぶ）
の改良に関する。人工衛星は内部に搭載する機器の発熱
を衛星構体上に設けたラジエータ（放熱板）から宇宙空
間への熱放射により排熱して機器の温度コントロールを
行うが、これらの機器の発熱は人工衛星の運用にともな
って変動する。また、人工衛星は軌道上において、日照
時には太陽直射を受けるとともに、地球の陰となる日陰
時には太陽光の熱入力が無い状態で絶対零度（−２７３
℃）に近い宇宙空間に曝される。ルーバは、以上のよう
な変動の大きい軌道熱環境や機器発熱に対応してラジエ
ータからの放熱量を自動でコントロールし、人工衛星内
部の機器を適温に制御するために考案されたものであ
る。ルーバは人工衛星のラジエータ（放熱板）表面に設
置され、ラジエータの温度を検知してシャッター状に並
んだ複数のブレードを自動開閉することにより放熱量を
コントロールする、いわゆる可変効率放熱器であり、し
かも作動原理が比較的単純で大きな放熱効率の変化が期
待できる。

【０００２】

【従来の技術】図１１において１は人工衛星の構体表面
上に設けられたラジエータ（放熱板）であり、その表面
は赤外放射率の大きい熱光学特性を有しており、内部の
機器の発熱を宇宙空間に放熱する。２はラジエータ１上
に並設されたバイメタルコイルであり、ラジエータ（放
熱板）の温度を検知して回転力を発生する。３はラジエ
ータ（放熱板）１上に並設され、かつ、バイメタルコイ
ルによって回動されるアルミ合金製のブレードであり、
ブレードが閉じた状態ではラジエータからの放熱を遮断
するよう、その表面は鏡面に仕上げられている。４はブ
レード３のシャフト、５はバイメタルコイル２とシャフ
ト４を機械的に支持するためのハウジングであり、６は
シャフトのもう一方の端を機械的に支持するためのフレ
ームである。また、７はフレーム６の外側に取り付けた
多層断熱材（Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ Ｉｎｓｕｌａｔ
ｉｏｎ。以下、略して「ＭＬＩ」と呼ぶ。）であり、ブ
レードが閉じた状態でのルーバ側面からの熱リークを抑
える働きをする。また、図１２に上記ブレード３の構成
を示す。ブレードは上下２枚の板金加工の鏡板を接着剤
で貼り合わせた構造になっており、両端にはシャフト４
が同軸度が得られるように取り付けられている。ルーバ
は以上の２から７の部品により構成されている。

【０００３】ラジエータ（放熱板）１の温度変化を検知
したバイメタルコイル２は熱変形を起こし、それを回転
力に変換することによってブレード３の開閉を行う。ラ
ジエータ（放熱板）１の温度が高い場合にはブレード３
が開いて放熱を行い、温度が低い場合にはブレード３が
閉じて放熱を防止する。これにより低温時における機器
の過度の温度低下を防止したり、低温保護用のヒータ電
力を削減することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ルーバのサイズと形状
は、機器の発熱量から決定されるラジエータ（放熱板）
１のサイズと発熱機器の配置に合わせて決められるラジ
エータ（放熱板）１の形状にそれぞれ制約を受けるが、
既存のルーバは宇宙空間での性能が保証され標準化され
た数種類の所定のサイズ、形状のものしかなく、人工衛
星のラジエータ（放熱板）の様々なサイズや形状に対応
した適切な配置を行うことができないという課題があっ
た。この場合、ラジエータ（放熱板）１に対して大きい
サイズのルーバを選定した場合には搭載性や重量増の問
題が発生し、また、ラジエータ（放熱板）に対して小さ
いサイズのルーバを選定した場合には、低温時にルーバ
のブレードが閉じた状態においてもルーバからはみ出し
たラジエータからの放熱を遮断できないため、ルーバの
みでは機器の温度低下を十分に防止することができず、
低温保護用のヒータを設けなければならないという課題
があった。図１０の（イ）において１の斜線部は衛星構
体上に設けられたラジエータ（放熱板）であり、１１は
既存の小型ルーバ、１２は既存の大型ルーバ、ＡＮＴは
アンテナであり、既存の小型ルーバ２台と大型ルーバ１
台を組み合わせてラジエータに合わせて配置している
が、ラジエータの面積の方がかなり大きいため内部にヒ
ータを設けている。また、（ロ）は内部の発熱機器の配
置を示した（図１０（イ）の紙面後方から見た）断面図
であり、１３は発熱機器、１４は低温保護用のヒータで
ある。

【０００５】また、ブレードが開いた状態でルーバの内
側に太陽光が入射すると、フレームの温度が上昇してラ
ジエータ（放熱板）の放熱能力が低下するという課題が
あった。

【０００６】さらに、ブレードは鏡面加工を施すために
製造コストが高く、ルーバ全体のコストを高くするとい
う問題があった。この発明は係る課題を解決するために
なされたものであり、人工衛星のラジエータ（放熱板）
のサイズや形状に対応して適切に配置できるサーマル・
ルーバを得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明のサーマル・
ルーバは、人工衛星の構体表面に設けられた放熱板上に
並設された複数のバイメタルコイルと、それぞれの前記
バイメタルコイルによって回動される板状の複数のブレ
ードと、前記それぞれのブレードをシャフトを介して回
動可能に支持するフレームから成るサーマル・ルーバに
おいて、前記フレームは、前記シャフトの軸方向に平行
に配置され貫通穴の設けられた横側面フレームおよび前
記シャフトを回転可能に支持する縦側面フレームから形
成されたフレームであって、少なくとも１枚のブレード
とそのブレードを回動させる少なくとも１つのバイメタ
ルコイルおよびシャフトをこのフレームで囲んで成るモ
ジュールを具備し、前記モジュールが放熱板上に複数配
置されたものである。

【０００８】第２の発明のサーマル・ルーバは、人工衛
星の構体表面に設けられた放熱板上に並設された複数の
バイメタルコイルと、それぞれの前記バイメタルコイル
によって回動される板状の複数のブレードと、前記それ
ぞれのブレードをシャフトを介して回動可能に支持する
フレームから成るサーマル・ルーバにおいて、前記シャ
フトの軸方向に平行に配置され貫通穴の設けられた横側
面フレームおよび前記シャフトを回転可能に支持する縦
側面フレームから形成された第１のフレームと、少なく
とも１枚のブレードとそのブレードを回動させる少なく
とも１つのバイメタルコイルおよびシャフトを前記第１
のフレームで囲んで成る第１のモジュールと、前記シャ
フトの軸方向に平行に配置された金属チューブ状の横側
面フレームと前記シャフトを回転可能に支持する縦側面
フレームとから形成される第２のフレームと、少なくと
も１枚のブレードとそのブレードを回動させる少なくと
も１つのバイメタルコイルおよびシャフトを前記第２の
フレームで囲んで成る第２のモジュールと、前記第１の
モジュールを放熱板上に離間して平行に２つ配置し、前
記第１のモジュールに挟まれるように前記第２のモジュ
ールを複数配置したものである。

【０００９】第３の発明のサーマル・ルーバは、第１も
しくは第２の発明において、前記モジュールは、少なく
とも２以上の前記ブレードをその長手方向に直列に配置
して前記フレームで支持したものである。

【００１０】第４の発明のサーマル・ルーバは、第１か
ら第３の発明において、前記横側面フレームを太陽光吸
収率が小さく赤外放射率の大きい表面熱光学特性を有す
る塗料やテープ材等でコーティングしたものである。

【００１１】第５の発明のサーマル・ルーバは、第１か
ら第４の発明において、前記ブレードは、多層断熱材で
覆われたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示すルーバであり、２のバイメタルコイ
ルと３のブレード及び４のシャフトは従来の装置と同一
のものであり、ブレード数を１枚として比較的小さなラ
ジエータに対応できるようにしたものである。５は左記
バイメタルコイルとブレードをシャフトを介して機械的
に支持するハウジング、６はシャフトのスラスト方向の
荷重に対してモジュールを支持するようにシャフト４の
軸方向に平行に設けられた２枚の横側面フレームと、シ
ャフト４を支持するとともに横側面フレームに垂直に結
合する縦側面フレームとで成るフレームであり、以上の
２〜６によりモジュールが構成されている。ルーバをモ
ジュール化した場合、ラジエータに合わせて配列した各
モジュールのフレームがラジエータの放熱視野を遮り放
熱効率を低下させるとともに、モジュール化により重量
が増加するという問題があったが、本発明ではフレーム
６の横側面フレームに多数の貫通穴を設けることにより
各モジュールのフレームがラジエータの放熱視野を遮る
面積を最小化し、また、モジュール化による重量増を抑
えている。尚、ブレードの軸方向の寸法は、モジュール
の機械的強度とバイメタルコイルが摩擦に打勝って発生
する回転力に依存するが、左記条件の許容する範囲内に
おいては自由度を有している。また、ラジエータ（放熱
板）１上において、シャフト４の軸に垂直な方向にモジ
ュール化されたルーバを複数配列することにより、放熱
面積を所要の大きさにする。図２はブレードの軸方向か
ら見た図であり、（イ）は従来のモジュール化していな
いルーバの放熱視野、（ロ）はモジュール化したルーバ
を複数配列した場合の放熱視野を示している。１はラジ
エータ（放熱板）であり、破線は表面に熱制御コーティ
ングを施して赤外放射率を大きくして放熱しやすくして
いることを示す。７はＭＬＩ（多層断熱材）であり、ラ
ジエータ１以外からの熱リークを遮断している。１５は
従来型のルーバの放熱視野の角度を示しており、１６は
モジュール化したルーバの放熱視野を示している。この
ようにフレーム６に多数の穴を空けずにモジュール化し
た場合にはラジエータ１上に仕切り状に並ぶフレームが
放熱視野を遮り、ラジエータの放熱能力を低下させる。
しかしながら、この実施の形態ではフレーム６に多数の
貫通穴を設けることによって、モジュール化に伴うラジ
エータの放熱能力の低下を防ぐことができる。

【００１３】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示すルーバであり、８はブレード３に平行に２本
設けられ、モジュールを機械的に支持する金属製のチュ
ーブ状フレームである。左記チューブ状フレームはラジ
エータの放熱視野を遮る面積を小さくするためにできる
限り外径を細く、かつ高い位置に配置するとともに、シ
ャフトのスラスト方向への荷重によるフレームの変形を
防ぐようチューブの外径と高さを決定する。また、本チ
ューブ状フレームの採用により、ブレードの軸方向の寸
法をラジエータサイズに合わせて設計変更する場合に
も、フレームが単純形状であるために設計や製造が容易
になる。フレーム以外の構成については図１と同じ。ま
た、図４は図１と図３のモジュールを併用してラジエー
タに配置したものをブレードの軸方向から見た図であ
り、（イ）はブレードが開いた状態、（ロ）はブレード
が閉じた状態を示す。ルーバが開いた状態でのラジエー
タ（放熱板）１の放熱効率を上げるために図２のモジュ
ールが必要となるが、チューブ状フレームにはＭＬＩを
取り付けることができないため、ブレードが閉じた状態
においてフレーム側面からの熱リークを生じ、閉じた状
態での断熱性能が低下する。従って、図１と図３のタイ
プのモジュールを併用して両端に図１のタイプのモジュ
ールを配置し、その間に挟まれるように図３のタイプの
モジュールを配置することにより、ブレードが開いた状
態での放熱効率と閉じた状態での断熱性能の両方の向上
を図っている。この場合、図１のタイプのモジュールに
おけるフレーム６は、外側のフレームに図のようにＭＬ
Ｉ７を取り付けることによって貫通穴からの熱リークを
防ぐことができる。

【００１４】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３を示すルーバであり、ブレード３を２枚にして２つ
のモジュールをシャフト４の軸方向に直列に接続してモ
ジュールを形成し、比較的大きなラジエータ１に対応で
きるようにしたものである。左記以外の構成、動作、効
果については図１と同じである。

【００１５】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４を示すルーバであり、ブレードを２枚にして２つの
モジュールをシャフト４の軸方向に直列に接続してモジ
ュールを形成し、比較的大きなラジエータ１に対応でき
るようにするとともに、フレームをチューブ状にしたも
のである。ブレードが２枚であることを除き、本モジュ
ールの構成、動作、効果については図３と同じ。

【００１６】実施の形態５．図７の（イ）〜（ハ）はこ
の発明の実施の形態５を示すルーバであり、図３に示し
た１枚ブレードのモジュールと図６に示した２枚ブレー
ドのモジュールを組み合わせて、いろいろなサイズ、形
状のラジエータ（放熱板）１に合わせて配列できること
を示したものである。

【００１７】実施の形態６．図８は実施の形態１から５
に示したルーバに適用されるこの発明の実施の形態６を
示すルーバであり、ブレードの軸方向から見た図であ
る。１７の熱制御コーティング付きフレームは図１に示
したモジュールのフレームに熱制御コーティングを施し
たものであり、１８の熱制御コーティング付きチューブ
状フレームは図３に示したモジュールのチューブ状フレ
ームに熱制御コーティングを施したものである。また、
１９は太陽光の熱入力を示す。太陽光が入射する面にル
ーバを搭載する場合、ルーバの金属製フレームは赤外放
射率に比べて太陽光吸収率が大きいためフレームの温度
が高温になり、ラジエータ（放熱板）１の放熱能力を低
下させる。従って、上記コーティングにより太陽光が入
射した場合のフレームの温度上昇を抑え、ラジエータの
放熱能力の低下を抑えたものである。

【００１８】実施の形態７．図９は実施の形態１から６
に示したルーバに適用されるこの発明の実施の形態７を
示すルーバのブレードであり、（イ）の４は従来の装置
と同一のシャフトである。９はＭＬＩ（多層断熱材）か
ら成るブレードであり、上下のＭＬＩを糸で縫うか、或
いは、テーピングにより固定した構造を成す。１０はブ
レードを機械的に支持するブレード支持フレームであ
る。（ロ）は（イ）の断面を示した図であり、９（ａ）
はＭＬＩを構成する断熱フィルム、９（ｂ）は左記断熱
フィルム間の伝導による熱リークを抑えるために各層間
に挿入された断熱ネットである。ＭＬＩは人工衛星本体
を宇宙空間と断熱するために多量に利用されている材料
であり、低コスト化が進んでいるため、ブレードの材質
をアルミの鏡板からＭＬＩに変えることによりブレード
の製造コストの削減と軽量化が図れる。

【００１９】

【発明の効果】第１の発明によれば、ルーバをモジュー
ル化してラジエータ（放熱板）のサイズ、形状に合わせ
て複数搭載することにより、異なるサイズ、形状のラジ
エータに対応可能となり、また、モジュール化によるラ
ジエータの放熱能力の低下や重量増を抑えることができ
る。さらに、それぞれのラジエータに合わせてルーバを
開発する場合に比べて製造コストを低減できる。

【００２０】第２の発明によれば、フレームをチューブ
状にすることにより、ラジエータの放熱能力の低下を抑
えるとともに、モジュール化によるルーバの重量増も抑
えることができる。また、フレームがチューブ状という
単純形状を有するために、ラジエータに合わせてブレー
ドの軸方向の寸法を変更する場合にも設計、製造が容易
になりコストの削減ができる。

【００２１】第３の発明によれば、ブレードを支持する
フレームに熱制御コーティングを施して太陽光吸収率が
小さく赤外放射率の大きい表面熱光学特性を持たせるこ
とにより、太陽光がルーバ内部に入射した場合にフレー
ムの温度が上昇してラジエータの放熱能力が低下するこ
とを抑えられる。

【００２２】第４の発明によれば、ブレードの鏡面加工
を無くしてＭＬＩ等の多層断熱材で構成することによ
り、ブレードが閉じた状態でのルーバの断熱性能を維持
しながらブレードの製造コストを下げるとともに軽量化
することができる。

【００２３】第５の発明によれば、１つのモジュールを
構成するブレードの数を少なくとも２枚以上直列に配置
することにより、比較的大きなラジエータに対応可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態１を示す図である。

【図２】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態１を示す図である。

【図３】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態２を示す図である。

【図４】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態２を示す図である。

【図５】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態３を示す図である。

【図６】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態４を示す図である。

【図７】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態５を示す図である。

【図８】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態６を示す図である。

【図９】 この発明によるサーマル・ルーバの実施の形
態７を示す図である。

【図１０】 従来のサーマル・ルーバを示す図である。

【図１１】 従来のサーマル・ルーバを示す図である。

【図１２】 従来のサーマル・ルーバのブレードを示す
図である。

【符号の説明】

１ ラジエータ、２ バイメタルコイル、３ ブレー
ド、４ シャフト、５ハウジング、６ フレーム、７
ＭＬＩ、８ チューブ状フレーム、９ ＭＬＩブレー
ド、９（ａ） 断熱フィルム、９（ｂ） 断熱ネット、
１０ ブレード支持フレーム、１１ 小型ルーバ、１２
大型ルーバ、１３ 発熱機器、１４ ヒータ、１５
従来型ルーバ放熱視野角、１６ ルーバモジュール放熱
視野角、１７ 熱制御コーティング付きフレーム、１８
熱制御コーティング付きチューブ状フレーム、１９
太陽光。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人工衛星の構体表面に設けられた放熱板
   上に並設された複数のバイメタルコイルと、それぞれの
   前記バイメタルコイルによって回動される板状の複数の
   ブレードと、前記それぞれのブレードをシャフトを介し
   て回動可能に支持するフレームから成るサーマル・ルー
   バにおいて、前記フレームは、前記シャフトの軸方向に
   平行に配置され貫通穴の設けられた横側面フレームおよ
   び前記シャフトを回転可能に支持する縦側面フレームか
   ら形成されたフレームであって、少なくとも１枚のブレ
   ードとそのブレードを回動させる少なくとも１つのバイ
   メタルコイルおよびシャフトをこのフレームで囲んで成
   るモジュールを具備し、前記モジュールが放熱板上に複
   数配置されたことを特徴とするサーマル・ルーバ。
2. 【請求項２】 人工衛星の構体表面に設けられた放熱板
   上に並設された複数のバイメタルコイルと、それぞれの
   前記バイメタルコイルによって回動される板状の複数の
   ブレードと、前記それぞれのブレードをシャフトを介し
   て回動可能に支持するフレームから成るサーマル・ルー
   バにおいて、前記シャフトの軸方向に平行に配置され貫
   通穴の設けられた横側面フレームおよび前記シャフトを
   回転可能に支持する縦側面フレームから形成された第１
   のフレームと、少なくとも１枚のブレードとそのブレー
   ドを回動させる少なくとも１つのバイメタルコイルおよ
   びシャフトを前記第１のフレームで囲んで成る第１のモ
   ジュールと、前記シャフトの軸方向に平行に配置された
   金属チューブ状の横側面フレームと前記シャフトを回転
   可能に支持する縦側面フレームとから形成される第２の
   フレームと、少なくとも１枚のブレードとそのブレード
   を回動させる少なくとも１つのバイメタルコイルおよび
   シャフトを前記第２のフレームで囲んで成る第２のモジ
   ュールと、前記第１のモジュールを放熱板上に離間して
   平行に２つ配置し、前記第１のモジュールに挟まれるよ
   うに前記第２のモジュールを複数配置したことを特徴と
   するサーマル・ルーバ。
3. 【請求項３】 前記横側面フレームを太陽光吸収率が小
   さく赤外放射率の大きい表面熱光学特性を有する塗料や
   テープ材等で熱制御コーティングしたことを特徴とする
   請求項１から２のいずれかに記載のサーマル・ルーバ。
4. 【請求項４】 前記ブレードは、多層断熱材で覆われた
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のサ
   ーマル・ルーバ。
5. 【請求項５】 前記モジュールは、少なくとも２以上の
   前記ブレードをその長手方向に直列に配置して前記フレ
   ームで支持したことを特徴とする請求項１から４のいず
   れかに記載のサーマル・ルーバ。