CN110422311B - 一种平流层飞艇设备舱温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平流层飞艇设备舱温度控制系统，属于温度控制领域，所述系统耗电量小、重量轻、效率高、噪声小、无污染，而且能满足平流层飞艇设备舱在不同工况使用的条件。本发明包括第一温度控制系统和第二温度控制系统，第一温度控制系统包括风机、冷板、笛形管等部件，用于低空时设备舱内电子设备以及舱内空气的冷却；第二温度控制系统包括半导体制冷片、风扇等，防止高空单一冷源不能满足制冷要求。另外，电子设备产生的热量可用于对设备舱内的空气加热，避免直接使用电加热丝进行加热，节省了电能。为避免设备舱内压力过高，对设备舱的密封造成影响，在设备舱舱体侧壁上装有泄压阀。
Description
技术领域
本发明属于温度控制领域，尤其涉及一种平流层飞艇设备舱温度控制系统。
背景技术
半导体制冷片不需要任何制冷剂，无污染，可连续工作；不存在运动部件，无振动和噪声；热惯性小，制冷时间短，在较短的时间内制冷片就能达到最大温差。由于半导体制冷的这些优点，近年来半导体制冷片被越来越多的用于电子设备的制冷。
设备舱的温控问题是平流层飞艇设计的关键和难点技术。电子设备工作时需要一定的环境温度，平流层飞艇通常工作在20km的高空，外部温度极低，如不采取适当的措施进行保温，设备也将无法正常工作，当设备舱内的温度较低时，目前通常会使用电加热丝进行直接加热，耗电量较大。设备舱内通常会布置大量的电子设备，如果不采取适当的措施对设备进行散热，将造成设备损坏；目前，多使用外部环境的冷空气或携带大量的制冷剂作为直接冷源或使用蒸发循环制冷系统对平流层飞艇设备舱的电子设备进行冷却，但在20km高空中，空气密度约为0.0881kg/m-3，采用外部环境的冷空气作为冷源会存在制冷量不足的问题；携带大量的制冷剂作为直接冷源，会增加系统的重量，减少飞艇的有效载荷；采用蒸发循环制冷时由于存在运动部件，工作时会产生振动、噪声，制冷剂容易产生污染，且系统重量较大。
发明内容
本发明提供了一种平流层飞艇设备舱温度控制系统，所述系统耗电量小、重量轻、效率高、噪声小、无污染，而且能满足平流层飞艇设备舱在不同工况使用的条件。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种平流层飞艇设备舱温度控制系统，包括：第一温度控制系统、第二温度控制系统；第一温度控制系统包括风机2、第一管道13、第一阀门16、冷板14、第二阀门3、第二管道4、第一笛形管51、第一风扇61，第一管道13一端与风机出口连接，第一管道13另一端通到设备舱外，第一管道13靠近电子设备15处上安装冷板14，冷板14和风机2之间的第一管道上安装第一阀门16，第二管道4一端连接风机2，另一端靠近设备舱内壁顶端处安装第一笛形管51，第一笛形管51和风机2之间的第二管道4上安装第二阀门3，第一风扇61安装在设备舱内壁顶端靠近第一笛形管51处；第二温度控制系统包括半导体制冷片7、第三风扇63、第三管道12、第三阀门11、第四阀门10、第四管道9、第二笛形管52、第二风扇62，半导体制冷片7的冷端靠近电子设备15，半导体制冷片7的热端靠近第三风扇63，第三管道12一端连接第三风扇6，另一端通到设备舱外，第三管道12靠近设备舱内壁处安装第三阀门11，第四管道9一端连接第三风扇6，另一端靠近设备舱内壁顶端处安装第二笛形管52，第二风扇62安装在设备舱内壁顶端靠近第二笛形管52处。
以上所述系统中，所述设备舱安装有泄压阀8，所述设备舱的内壁和外壁之间填充保温材料1，所述第一笛形管51和第二笛形管52在设备舱内处于相同的高度。
冷板14为气冷式冷板，包括底板144、盖板141、封端142以及肋片143，肋片143位于盖板141和底板144之间，盖板141和底板144两端分别连接封端142，肋片143位平直形肋片。
第一笛形管51和第二笛形管52为空心圆管，一端封闭，在笛形管表面上沿某一素线开有一定数量的圆孔作为气流出口。
有益效果：本发明提供了一种平流层飞艇设备舱温度控制系统，所述系统包括第一温度控制系统和第二温度控制系统，第一温度控制系统用于低空时设备舱内电子设备以及舱内空气的冷却；第二温度控制系统防止高空单一冷源不能满足制冷要求。另外，电子设备产生的热量可用于对设备舱内的空气加热，避免直接使用电加热丝进行加热，节省了电能。为避免设备舱内压力过高，对设备舱的密封造成影响，在设备舱舱体侧壁上装有泄压阀。本发明的温控系统无需携带大量的制冷剂，重量轻；避免直接使用电加热丝加热，耗电量小；而且能够满足不同环境下的制冷或加热需求，适用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的风扇结构示意图；
图3为本发明的笛形管结构示意图；
图4为本发明的半导体制冷片结构示意图；
图5为本发明的冷板结构示意图；
图中：1为保温材料，2为风机，3为第二阀门，4为第二管道，51为第一笛形管，52为第二笛形管，61为第一风扇，62为第二风扇，63为第三风扇，7为半导体制冷片，8为泄压阀，9为第四管道，10为第四阀门，11为第三阀门，12为第三管道，13为第一管道，14为冷板，15为电子设备，16为第一阀门，17为设备舱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种平流层飞艇设备舱温度控制系统，包括：第一温度控制系统、第二温度控制系统；第一温度控制系统包括风机2、第一管道13、第一阀门16、冷板14、第二阀门3、第二管道4、第一笛形管51、第一风扇61，第一管道13一端与风机出口连接，第一管道13另一端通到设备舱外，第一管道13靠近电子设备15处上安装冷板14，冷板14和风机2之间的第一管道上安装第一阀门16，第二管道4一端连接风机2，另一端靠近设备舱内壁顶端处安装第一笛形管51，第一笛形管51和风机2之间的第二管道4上安装第二阀门3，第一风扇61安装在设备舱内壁顶端靠近第一笛形管51处；第二温度控制系统包括半导体制冷片7、第三风扇63、第三管道12、第三阀门11、第四阀门10、第四管道9、第二笛形管52、第二风扇62，半导体制冷片7的冷端靠近电子设备15，半导体制冷片7的热端靠近第三风扇63，第三管道12一端连接第三风扇6，另一端通到设备舱外，第三管道12靠近设备舱内壁处安装第三阀门11，第四管道9一端连接第三风扇6，另一端靠近设备舱内壁顶端处安装第二笛形管52，第二风扇62安装在设备舱内壁顶端靠近第二笛形管52处。
以上所述系统中，所述设备舱安装有泄压阀8，所述设备舱的内壁和外壁之间填充保温材料1，第一笛形管51和第二笛形管52在设备舱内处于相同的高度。冷板14为气冷式冷板，包括底板144、盖板141、封端142以及肋片143，肋片143位于盖板141和底板144之间，盖板141和底板144两端分别连接封端142，肋片143位平直形肋片。
第一笛形管(51)和第二笛形管(52)为空心圆管，一端封闭，在笛形管表面上沿某一素线开有一定数量的圆孔作为气流出口。
当平流层飞艇从地面升空时，第一温度控制系统开启，风机将外界环境中的冷空气输送至舱内，一部分通过第一管路送至冷板，用于电子设备冷却，并排出设备舱；一部分通过第二管路送至第一笛形管，第一风扇将冷空气吹到设备舱内的其他地方，使冷空气分布更加均匀。
当平流层飞艇上升到一定高度时，外界大气密度降低，第一温度控制系统制冷能力下降，此时开启第二温度控制系统，第四阀门关闭，第三阀门打开，降低电子设备的温度。
当平流层飞艇在20km高空驻空飞行时，外界大气温度降低至-60℃左右，此时打开第四阀门，减小第三阀门的开度，增加设备舱内空气的温度，第二风扇将第二笛形管排出的热空气吹到设备舱内的其他地方，使热空气分布更加均匀。
当设备舱内的压力比初始压力设定值高一定程度时，打开泄压阀，直至压力下降至初始压力设定值。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种平流层飞艇设备舱温度控制系统，其特征在于，包括：第一温度控制系统、第二温度控制系统；
第一温度控制系统包括风机(2)、第一管道(13)、第一阀门(16)、冷板(14)、第二阀门(3)、第二管道(4)、第一笛形管(51)、第一风扇(61)，第一管道(13)一端与风机出口连接，第一管道(13)另一端通到设备舱外，第一管道(13)靠近电子设备(15)处上安装冷板(14)，冷板(14)和风机(2)之间的第一管道上安装第一阀门(16)，第二管道(4)一端连接风机(2)，另一端靠近设备舱内壁顶端处安装第一笛形管(51)，第一笛形管(51)和风机(2)之间的第二管道(4)上安装第二阀门(3)，第一风扇(61)安装在设备舱内壁顶端靠近第一笛形管(51)处；
第二温度控制系统包括半导体制冷片(7)、第三风扇(63)、第三管道(12)、第三阀门(11)、第四阀门(10)、第四管道(9)、第二笛形管(52)、第二风扇(62)，半导体制冷片(7)的冷端靠近电子设备(15)，半导体制冷片(7)的热端靠近第三风扇(63)，第三管道(12)一端连接第三风扇(63)，另一端通到设备舱外，第三管道(12)靠近设备舱内壁处安装第三阀门(11)，第四管道(9)一端连接第三风扇(63)，另一端靠近设备舱内壁顶端处安装第二笛形管(52)，第二风扇(62)安装在设备舱内壁顶端靠近第二笛形管(52)处；
当平流层飞艇从地面升空时，第一温度控制系统开启，风机将外界环境中的冷空气输送至舱内，一部分通过第一管路送至冷板，用于电子设备冷却，并排出设备舱；一部分通过第二管路送至第一笛形管，第一风扇将冷空气吹到设备舱内的其他地方，使冷空气分布更加均匀；
当平流层飞艇上升到一定高度时，外界大气密度降低，第一温度控制系统制冷能力下降，此时开启第二温度控制系统，第四阀门关闭，第三阀门打开，降低电子设备的温度；
当平流层飞艇在20km高空驻空飞行时，外界大气温度降低至-60℃左右，此时打开第四阀门，减小第三阀门的开度，增加设备舱内空气的温度，第二风扇将第二笛形管排出的热空气吹到设备舱内的其他地方，使热空气分布更加均匀；
当设备舱内的压力比初始压力设定值高一定程度时，打开泄压阀，直至压力下降至初始压力设定值。
2.根据权利要求1所述的平流层飞艇设备舱温度控制系统，其特征在于，所述设备舱安装有泄压阀(8)。
3.根据权利要求1所述的平流层飞艇设备舱温度控制系统，其特征在于，所述设备舱的内壁和外壁之间填充保温材料(1)。
4.根据权利要求1所述的平流层飞艇设备舱温度控制系统，其特征在于，第一笛形管(51)和第二笛形管(52)在所述设备舱内处于相同的高度。
5.根据权利要求1所述的平流层飞艇设备舱温度控制系统，其特征在于，冷板(14)为气冷式冷板，包括底板(144)、盖板(141)、封端(142)、肋片(143)，肋片(143)位于盖板(141)和底板(144)之间，盖板(141)和底板(144)两端分别连接封端(142)。
6.根据权利要求5所述的平流层飞艇设备舱温度控制系统，其特征在于，肋片(143)为平直形肋片。
7.根据权利要求1所述的平流层飞艇设备舱温度控制系统，其特征在于，第一笛形管(51)和第二笛形管(52)为空心圆管，一端封闭，在笛形管表面上沿某一素线开有一定数量的圆孔作为气流出口。
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