CN101667714A - 用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置 - Google Patents

Abstract

用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置，属于激光器制冷领域，本发明是为了解决现有的通风冷却、水冷却、电制冷冷却以及制冷机组无法满足给飞行器激光制导仪器的激光器进行冷却的问题。本发明包括液态氨蒸发冷却器、液态氨瓶、循环水泵和电磁阀，液态氨蒸发冷却器为管壳式结构，液态氨蒸发冷却器由外壳和冷却水盘管组成，冷却水盘管设置在外壳内部，冷却水盘管的进水口和出水口露在外壳外部，液态氨瓶内充有液态氨，液态氨瓶与外壳的氨入口之间设置一个电磁阀，冷却水盘管的出水口与循环水泵连接。本发明用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却。

Description

用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置，属于激光器制冷领域。

背景技术

飞行器激光制导仪器系统在工作过程中会产生一定的热量使仪器自身温度升高而影响其工作精度。为保证激光制导仪器的工作精度，使其在一定的温度范围内工作，就要对仪器工作过程产生的热量及时排掉。所以有必要研制一套满足飞行器激光制导仪器系统稳定工作的制冷系统。

排出激光制导仪器系统工作过程中产生的热量方法很多：可以采用通风冷却、水冷却、电制冷冷却以及制冷机组等冷却方式。但是，由于飞行器工作的特殊性，即：1、飞行器独立空间飞行，其飞行期间无动力强大的交流电源，只有相对较小、较少的直流电源；2、飞行器内空间较小；3、飞行器非有效荷载不能太大。所以，制冷方式应针对飞行器的工作特性具备以下特点：1、冷却系统的动力用电不能大。2、冷却系统结构要小、重量要轻、冷却能力强、运行稳定且易于控制。现有的通风冷却、水冷却、电制冷冷却以及制冷机组无法满足给飞行器激光制导仪器的激光器进行冷却的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有的通风冷却、水冷却、电制冷冷却以及制冷机组无法满足给飞行器激光制导仪器的激光器进行冷却的问题，提供了一种用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置。

本发明包括液态氨蒸发冷却器、液态氨瓶、循环水泵和电磁阀，液态氨蒸发冷却器为管壳式结构，液态氨蒸发冷却器由外壳和冷却水盘管组成，冷却水盘管设置在外壳内部，冷却水盘管的进水口和出水口露在外壳外部，液态氨瓶内充有液态氨，液态氨瓶与外壳的氨入口之间设置一个电磁阀，冷却水盘管的出水口与循环水泵连接。

本发明的优点：系统除冷却水循环水泵用少量的直流电外，其他组成部件不用动力。制冷系统小、布置灵活、结构简单、制冷效果好、速度快，特别适用于飞行器这类独立系统短时间的制冷要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是图4的A-A剖视图，图3是冷却水盘管中水流方向示意图，图4是液态氨蒸发冷却器的结构示意图，图5是图4的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式包括液态氨蒸发冷却1、液态氨瓶2、循环水泵3和电磁阀4，液态氨蒸发冷却器1为管壳式结构，液态氨蒸发冷却器1由外壳1-1和冷却水盘管1-2组成，冷却水盘管1-2设置在外壳1-1内部，冷却水盘管1-2的进水口和出水口露在外壳1-1外部，液态氨瓶2内充有液态氨，液态氨瓶2与外壳1-1的氨入口之间设置一个电磁阀4，冷却水盘管1-2的出水口与循环水泵3连接。

液态氨瓶2的出口、外壳1-1的液态氨入口和外壳1-1的氨蒸气出口分别接一个调节阀5。

制冷剂——液态氨工作流程：

本实施方式采用无动力液态氨蒸发制冷却水的方法对激光制导仪器系统进行冷却。液态氨瓶2中的高压液态氨在自身压力的作用下，经电磁阀4、节流后进入液氨蒸发冷却器1的外壳1-1内，液态氨走壳程，即在外壳1-1内流动，蒸发吸收循环冷却水的热量后生成氨蒸气，经外壳1-1氨出口处的调节阀5排入飞行器舱外空间。在外壳1-1氨出口和调节阀5之间可以增加一个背压阀。

冷却水工作流程：

冷却水在循环水泵3的作用下进入激光器6内置冷却水环道，在环道中冷却激光器6，温度升高后通过冷却水环道出水口流出再进入液态氨蒸发冷却器1中的冷却水盘管1-2中，与冷却水盘管1-2外侧的低温氨湿蒸气进行换热而被冷却，冷却后的冷却水再经循环水泵3进入激光器6内置的冷却水环道进行下一次冷却循环。

在整个制冷过程，液态氨瓶2中的液态氨量在不断减少直至消耗尽。由于液态氨在蒸发过程中压力随着自身质量的不断减少而减小，导致单位时间内蒸发量减少，即制冷量减少，从而影响制冷效果。为克服这种缺陷，采用的措施是：在蒸发冷却器1的外壳1-1的液态氨入口和氨蒸气出口处各安装一个调节阀5，以此来调节液态氨瓶2与蒸发冷凝器1的液氨充注量比例等措施，调节在蒸发冷却器1内的蒸发压力使氨能够在要求的时间内均匀蒸发制冷。

氨蒸发冷却器1是制冷系统的关键部件，其结构形式采用壳管式结构。氨制冷剂走壳程，冷却水走管程且为单管蛇形的形式。由于舱内空间较小，氨蒸发冷却器1的纵截面为扁平半圆形状。参见图2至图5所示，冷却水盘管1-2分两层走完全程，增加行程的同时，尽量减少占用的空间。

下面给出一个具体实施例，假设给定条件为：1、制冷量Q＝1000w 2、用氨量≤3L/min3、冷却水入氨蒸发冷却器温度t入＝28℃±2℃冷却水出氨蒸发冷却器温度t出＝18℃±2℃。因氨属有毒宜腐蚀物资，毒性等级为2级。故需选择耐腐蚀的不锈钢调节阀和管道，以保证氨流动过程和蒸发吸热过程不发生泄漏。蒸发冷却器1的外壳1-1采用不锈钢板，冷却水盘管1-2采用不锈钢管焊制成型。以氨作为制冷剂对循环水进行冷却。根据氨的物理特性及确定的-10℃蒸发温度，经计算其外型结构尺寸为：

蒸发冷却器1的外壳1-1的长×宽×高＝400mm×220mm×45mm。

本实施方式中循环水泵3选用ASP2015型水泵。

对本实施方式所述的冷却装置进行实验，用电加热器来模拟激光器6发热。将氨蒸发冷却器1的冷却水盘管1-2与电加热器相连接，形成循环水的升温加热和放热冷却降温过程。

电加热器加热功率范围w＝0～2kw可调节。实验时调节为w＝1.2～1.5kw。实验时，采用R717和R22两种性质制冷剂。实验结果如下：

用氨(R717)制冷剂时系统性能

氨消耗量(kg/15min)	循环水量(L/min)	冷却水入液态氨蒸发冷却器温度t入(℃)	冷却水出液态氨蒸发冷却器温度t出(℃)	液态氨蒸发冷却器内蒸发压力(Bar)
					1.333	2.14	29	19	2.5～3

消耗液态氨量M＝1.33kg/15min。

氨相变汽化潜热r＝1367.35kj/kg。

1.33kg氨R₇₁₇理论吸收热量为：1.33×1367.35＝1721.64w。

循环水放热量Q＝m×c_p×(t入-t出)＝35.67×4.17×(29-19)＝1487.3w。

效率η＝1487.3/1721.64＝0.86。

用氟(F₂₂)制冷剂时系统性能

R22消耗量(kg/15min)	循环水量(L/min)	冷却水入液态氨蒸发冷却器温度t入(℃)	冷却水出液态氨蒸发冷却器温度t出(℃)	液态氨蒸发冷却器内蒸发压力(Bar)
					6.0	2.2	28	20	0.3

消耗液态氟量M＝4.65kg/15min

F₂₂制冷剂汽化潜热r＝218.7kj/kg

4.65kgF₂₂理论吸收热量为：4.65×218.7＝1016.95w

循环水放热量Q＝m×c_p×(t_入-t_出)＝36.6×4.17×(28-23)＝763.11w

效率η＝763.11/1016.95＝0.75。

Claims (4)

1.用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置，其特征在于，它包括液态氨蒸发冷却器(1)、液态氨瓶(2)、循环水泵(3)和电磁阀(4)，液态氨蒸发冷却器(1)为管壳式结构，液态氨蒸发冷却器(1)由外壳(1-1)和冷却水盘管(1-2)组成，冷却水盘管(1-2)设置在外壳(1-1)内部，冷却水盘管(1-2)的进水口和出水口露在外壳(1-1)外部，液态氨瓶(2)内充有液态氨，液态氨瓶(2)与外壳(1-1)的氨入口之间设置一个电磁阀(4)，冷却水盘管(1-2)的出水口与循环水泵3连接。

2.根据权利要求1所述的用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置，其特征在于，它还包括三个调节阀(5)，液态氨瓶(2)的出口、外壳(1-1)的液态氨入口和外壳(1-1)的氨蒸气出口分别接一个调节阀(5)。

3.根据权利要求1或2所述的用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置，其特征在于，液态氨蒸发冷却器(1)的纵截面为扁平半圆形状。

4.根据权利要求1或2所述的用于飞行器激光制导仪器的激光器冷却装置，其特征在于，循环水泵(3)选用ASP2015型水泵。

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