用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系統的製作方法

2023-10-05 16:54:34

專利名稱：用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種散熱系統，特別是一種用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流
散熱系統。
背景技術：
隨著科學技術的迅猛發展和未來信息化作戰概念的不斷演化，"臨近空間"(20 100千米高度的高空)這一人類過去較少涉足的空域，其戰略價值逐漸受到關注，同時，臨 近空間飛行器憑藉其綜合能力較強、費用相對較低等優點，成為各國爭相研發的熱點，此 外，一批民用、商業用途的飛行物也正日趨興起。隨著飛艇技術的發展，大功耗電子設備在 平流層飛艇上的應用日趨廣泛，為了保障電子設備的正常工作，必須做好相應的散熱措施， 然而，由於平流層獨特的氣溫、壓力等環境因素，因此平流層飛行器散熱措施既不同於地面 設備，也不同於大氣層外的衛星等飛行物，為此，平流層飛行物設備的散熱問題一直困擾著 國內外的業內人士，也在很大程度上限制了大功率電子設備在平流層飛艇上的應用。目前 國內對於臨近空間電子設備的散熱問題仍然是處於初步認識，從公開的文獻資料及報導來 看，截止目前為止，國內尚沒有一套完整的臨近空間電子設備的散熱系統或方案。文獻Sang H. ，James R. ，Glen C. Powerbudget analysis for high altitude airships[A]. AIAA，對 20km高空處的環境特性進行了研究，並對一些簡單結構性狀的設備表面的散熱性能進行了 分析和計算，但僅限於理論計算分析，尚未涉及工程樣機的研發，與臨近空間飛行器電子設 備溫控的對流散熱系統與質的區別。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系統， 用於臨近空間飛行器的電子設備的環控需求，能夠將周期性工作的大功率電子設備的溫度 穩定在指定工作範圍內。 實現本發明目的的技術方案是一種臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系 統，包括電子設備保壓艙，儲液罐，泵，艙內管翅式熱交換器，艙內散熱器用風機，艙外管翅 式熱交換器，艙外散熱器用風機，管路，循環流體，泵的入口與儲液罐的出口相連，儲液罐入 口與艙內管翅式熱交換器的出口相連，艙內管翅式熱交換器的入口與艙外管翅式熱交換器 的出口相連，艙外管翅式熱交換器的入口與泵的出口相連，管道內部充滿循環流體工質。
本發明的工作原理是根據平流層的空間環境及電子設備熱載荷狀況，設計流體 迴路耦合式對流散熱器，將電子設備廢熱通過流體迴路傳遞到管翅式熱交換器，並由風機 驅動對流散熱器將熱量排散到周圍大氣中去。 本發明與現有技術相比，其顯著優點是1、可用於平流層底部特殊的工作環境，進 行大功率電子設備的散熱。2、採用管翅式熱交換器可以使散熱部件結構緊湊，且大副減輕 散熱部件的重量；3、結構簡單，除必要的管道連接外，整個循環迴路系統無需閥門、三通等 連接部件，系統可靠性得到進一步保障；3、整套系統對材質沒有特殊要求，且不存在製造技術方面的問題。


圖1是本發明的應用於飛艇內部熱載荷與環境換熱的系統部件示意圖。
圖2是本發明中部件之一由風機驅動的管翅式換熱器的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。 以實現電子設備35士5t:溫控要求為例，說明實現本發明的具體實施步聚如下
結合圖1，本發明的電子設備散熱系統由電子設備保壓艙15，儲液罐5，泵8，艙內 管翅式熱交換器2，艙內散熱器用風機14，艙外管翅式熱交換器ll，艙外散熱器用風機13， 管路16，循環流體工質17組成。 1、設計流體泵迴路，將電子設備艙內的廢熱傳遞到外界散熱器，如圖1所示，單相 流體迴路流體工質17為乙二醇或乙二醇與水的混合物，經循環水泵8驅動，流體進出儲液 器5作單向循環流動； 2、流體迴路在設備艙15內流經的部分串聯一個背部帶風機[14]的管翅式換熱器 2，用於與設備艙內電子設備強制對流換熱；設備艙外串聯另一隻管翅式熱交換器ll，用於 流體迴路與環境大氣的熱交換； 3、設計溫控自適應調節系統，在流體迴路外迴路的管翅式熱交換器一側加裝一個 以上數量的可調速風機13，熱流體經循環泵驅動進入外部熱交換器ll，當設備艙內溫度高 於35t:時，加快可調速風機的轉速，反之，當溫度低於35t:時，則減慢可調速風機的轉速；
4、設計管翅式熱交換器，如圖2所示，管道部分20採用①30mm口徑、壁厚2 3mm 的鋼管，管外根據熱交換器實際大小安裝鋁質隔板18，間距5 15cm，隔板之間加裝0. lmm 厚度左右的穿孔翅片19，散熱器的入口 17，出口 21 ; 本發明實現了臨近空間電子設備艙了廢熱傳遞及排散，將電子設備艙的溫度控制 在指定的範圍內。 根據以上步驟1 4即可獲得臨近空間電子設備艙內的電子設備散熱系統，將電 子設備艙的溫度控制在35 ± 5 °C範圍內。
權利要求
一種用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系統，其特徵在於它包括電子設備保壓艙[15]，儲液罐[5]，泵[8]，艙內管翅式熱交換器[2]，艙內散熱器用風機[14]，艙外管翅式熱交換器[11]，艙外散熱器用風機[13]，管路[16]，循環流體[17]，泵的入口[7]與儲液罐的出口[6]相連，儲液罐入口[4]與艙內管翅式熱交換器的出口[3]相連，艙內管翅式熱交換器的入口[1]與艙外管翅式熱交換器的出口[12]相連，艙外管翅式熱交換器的入口[11]與泵的出口[9]相連，管道[16]內部充滿循環流體工質[17]。
2. 根據權利要求1所述的一種用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系統，其 特徵在於其中實現熱量內外傳遞過程要求通過一個帶有儲液罐的流體泵迴路來實現，且 流體工質要求為乙二醇或乙二醇與水的混合物，冰點在-60°C以下。
3. 根據權利要求1或2所述的一種用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系 統，其特徵在於其中電子設備保壓倉內熱量傳遞採用一個一側帶有風機的管翅式對流換 熱器。
4. 根據權利要求1或2所述的一種用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系 統，其特徵在於其中設備艙外與外界大氣進行換熱的熱交換器要求採用一個管翅式熱交 換器。
5. 根據權利要求3或4所述的一種用於臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系統，其特徵在於其中設備艙外與外界大氣進行換熱的熱交換器上設置1個以上數量的可調速風機，且風機轉速能隨著設備艙內溫度變化而調節。
全文摘要
本發明公開了一種臨近空間飛行器電子設備溫控的對流散熱系統。包括電子設備保壓艙，儲液罐，泵，艙內管翅式熱交換器，艙內散熱器用風機，艙外管翅式熱交換器，艙外散熱器用風機，管路，循環流體，泵的入口與儲液罐的出口相連，儲液罐入口與艙內管翅式熱交換器的出口相連，艙內管翅式熱交換器的入口與艙外管翅式熱交換器的出口相連，艙外管翅式熱交換器的入口與泵的出口相連，管道內部充滿循環流體工質。本發明設置流體迴路耦合式對流散熱器，將電子設備廢熱通過流體迴路傳遞到管翅式熱交換器，並由風機驅動對流散熱器將熱量排散到周圍大氣中去，可用於平流層底部特殊的工作環境，進行大功率電子設備的散熱，結構緊湊。
文檔編號H05K7/20GK101730436SQ20081015480
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月24日 優先權日2008年10月24日
發明者宣益民, 李強, 韓玉閣, 馬偉 申請人:南京理工大學