CN101730436B - 用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统 - Google Patents

用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统。包括电子设备保压舱，储液器，泵，舱内管翅式热交换器，舱内热交换器用风机，舱外管翅式热交换器，舱外热交换器用风机，管道，循环流体工质，泵的入口与储液器的出口相连，储液器入口与舱内管翅式热交换器的出口相连，舱内管翅式热交换器的入口与舱外管翅式热交换器的出口相连，舱外管翅式热交换器的入口与泵的出口相连，管道内部充满循环流体工质。本发明设置流体回路耦合式对流散热器，将电子设备废热通过流体回路传递到管翅式热交换器，并由风机驱动对流散热器将热量排散到周围大气中去，可用于平流层底部特殊的工作环境，进行大功率电子设备的散热，结构紧凑。

Description

用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统
技术领域
本发明涉及一种散热系统，特别是一种用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统。 
背景技术
随着科学技术的迅猛发展和未来信息化作战概念的不断演化，“临近空间”(20～100千米高度的高空)这一人类过去较少涉足的空域，其战略价值逐渐受到关注，同时，临近空间飞行器凭借其综合能力较强、费用相对较低等优点，成为各国争相研发的热点，此外，一批民用、商业用途的飞行物也正日趋兴起。随着飞艇技术的发展，大功耗电子设备在平流层飞艇上的应用日趋广泛，为了保障电子设备的正常工作，必须做好相应的散热措施，然而，由于平流层独特的气温、压力等环境因素，因此平流层飞行器散热措施既不同于地面设备，也不同于大气层外的卫星等飞行物，为此，平流层飞行物设备的散热问题一直困扰着国内外的业内人士，也在很大程度上限制了大功率电子设备在平流层飞艇上的应用。目前国内对于临近空间电子设备的散热问题仍然是处于初步认识，从公开的文献资料及报道来看，截止目前为止，国内尚没有一套完整的临近空间电子设备的散热系统或方案。文献Sang H.，James R.，Glen C.Power budget analysis for high altitude airships[A].AIAA，对20km高空处的环境特性进行了研究，并对一些简单结构性状的设备表面的散热性能进行了分析和计算，但仅限于理论计算分析，尚未涉及工程样机的研发，与临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统与质的区别。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统，用于临近空间飞行器的电子设备的环控需求，能够将周期性工作的大功率电子设备的温度稳定在指定工作范围内。 
实现本发明目的的技术方案是：一种临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统，包括电子设备保压舱，储液器，泵，舱内管翅式热交换器，舱内热交换器用风机，舱外管翅式热交换器，舱外热交换器用风机，管道，循环流体工质，泵的入口与储液器的出口相连，储液器入口与舱内管翅式热交换器的出口相连，舱内管翅式热交换器的入口与舱外管翅式热交换器的出口相连，舱外管翅式热交换器的入口与泵的出口相连，管道内部充满循环流体工质。
本发明的工作原理是：根据平流层的空间环境及电子设备热载荷状况，设计流体回路耦合式对流散热器，将电子设备废热通过流体回路传递到管翅式热交换器，并由风机驱动对流散热器将热量排散到周围大气中去。 
本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、可用于平流层底部特殊的工作环境，进行大功率电子设备的散热。2、采用管翅式热交换器可以使散热部件结构紧凑，且大副减轻散热部件的重量；3、结构简单，除必要的管道连接外，整个循环回路系统无需阀门、三通等连接部件，系统可靠性得到进一步保障；3、整套系统对材质没有特殊要求，且不存在制造技术方面的问题。 
附图说明
图1是本发明的应用于飞艇内部热载荷与环境换热的系统部件示意图。 
图2是本发明中部件之一由风机驱动的管翅式换热器的结构示意图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 
以实现电子设备35±5℃温控要求为例，说明实现本发明的具体实施步聚如下： 
结合图1，本发明的电子设备散热系统由电子设备保压舱15，储液器5，泵8，舱内管翅式热交换器2，舱内热交换器用风机14，舱外管翅式热交换器11，舱外热交换器用风机13，管道16，循环流体工质17组成；泵的入口7与储液器的出口6相连，储液器的入口4与舱内管翅式热交换器的出口3相连，舱内管翅式热交换器的入口1与舱外管翅式热交换器的出口12相连，舱外管翅式热交换器的入口10与泵的出口9相连，管道16内部充满循环流体工质17。 
1、设计流体泵回路，将电子设备舱内的废热传递到外界热交换器，如图1所示，循环流体工质17为乙二醇或乙二醇与水的混合物，经泵8驱动，流体进出储液器5作单向循环流动； 
2、流体回路在电子设备保压舱15内流经的部分串联一个背部带舱内热交换器用风机14的舱内管翅式热交换器2，用于与设备舱内电子设备强制对流换热；设备舱外串联另一只舱外管翅式热交换器11，用于流体回路与环境大气的热交换； 
3、设计温控自适应调节系统，在流体回路外回路的管翅式热交换器一侧加装一个以上数量的可调速舱外热交换器用风机13，热流体经循环泵驱动进入舱外管翅式热交换器11，当设备舱内温度高于35℃时，加快舱外热交换器用风机13的转速，反之，当温度低于35℃时，则减慢舱外热交换器用风机13的转速； 
4、设计管翅式热交换器，如图2所示，管道部分20采用Φ30mm口径、壁厚2～3mm的钢管，管外根据热交换器实际大小安装铝质隔板18，间距5～15cm，隔板之间加装0.1mm厚度左右的穿孔翅片19，热交换器的入口22，热交换器的出口21； 
本发明实现了临近空间电子设备舱了废热传递及排散，将电子设备舱的温度控制在指定的范围内。 
根据以上步骤1～4即可获得临近空间电子设备舱内的电子设备散热系统，将电子设备舱的温度控制在35±5℃范围内。 

Claims (4)

1.一种用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统，其特征在于：它包括电子设备保压舱(15)，储液器(5)，泵(8)，舱内管翅式热交换器(2)，舱内热交换器用风机(14)，舱外管翅式热交换器(11)，舱外热交换器用风机(13)，管道(16)，循环流体工质(17)，泵的入口(7)与储液器的出口(6)相连，储液器的入口(4)与舱内管翅式热交换器的出口(3)相连，舱内管翅式热交换器的入口(1)与舱外管翅式热交换器的出口(12)相连，舱外管翅式热交换器的入口(10)与泵的出口(9)相连，管道(16)内部充满循环流体工质(17)。
2.根据权利要求1所述的一种用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统，其特征在于：其中实现热量内外传递过程要求通过一个带有储液器的流体泵回路来实现，且流体工质要求为乙二醇或乙二醇与水的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统，其特征在于：其中电子设备保压舱(15)内热量传递采用一个一侧带有舱内热交换器用风机(14)的舱内管翅式热交换器(2)。
4.根据权利要求3所述的一种用于临近空间飞行器电子设备温控的对流散热系统，其特征在于：其中电子设备保压舱(15)外与外界大气进行换热的舱外管翅式热交换器(11)上设置1个以上数量的可调速舱外热交换器用风机(13)，且可调速舱外热交换器用风机(13)转速能随着设备舱内温度变化而调节。
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