CN112566468B - 一种机载自适应换热系统 - Google Patents

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    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures

Abstract

本发明提供一种机载自适应换热系统，包括自适应换热模块、制冷模块、燃油模块。自适应换热模块用于冷却机载电子设备，通过防冻液流经基于记忆合金翅片的换热通道实现；制冷模块基于蒸发循环制冷技术，分别以舱外空气和燃油为冷源；燃油模块即为制冷模块提供一种冷源。本发明的机载自适应换热系统可根据机载电子设备温度的高低或热流的大小自动改变通道结构，实现了换热性能的自适应调节，具有重要的应用价值。

Description

一种机载自适应换热系统
技术领域
本发明涉及飞行器环境控制技术领域，尤其涉及一种机载自适应换热系统。
背景技术
目前，为应对日益增长的机载电子设备热负荷，机载换热设备愈发紧凑，换热结构愈发复杂，在换热能力显著提高的同时，导致流动阻力越来越大，如此势必会引起泵功消耗的增加。一个现实的问题是，机载电子设备的热负荷或者温度在飞机飞行包线内并非始终不变，而是不断变化的。若机载冷却系统换热结构形式保持不变，则一定存在泵功消耗过多的情况，如此会造成能量的浪费，这是因为，换热结构通常按照散热需求最苛刻的条件设计定型，而飞行包线内散热需求在大多数情况下均小于最苛刻条件。
因此，需要综合考虑换热设备的换热性能和阻力性能，从节约能量的角度，对机载换热系统进行设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种机载自适应换热系统，以解决上述现有技术存在问题，实现机载电子设备散热系统的节能。
本发明采用如下技术方案：
一种机载自适应换热系统，包括自适应换热模块、制冷模块、燃油模块。
所述自适应换热模块为电子设备散热；所述制冷模块为蒸发循环系统；所述燃油模块提供一种冷源。
所述自适应换热模块包括储液罐、液冷泵、流量计、自适应换热冷板。储液罐与液冷泵相连通，液冷泵与流量计相连通，流量计与自适应换热冷板相连通，自适应换热冷板与蒸发器相连通，蒸发器与储液罐相连通。第一温度计安装在自适应换热冷板的进口管段，第二温度计安装在自适应换热冷板的出口管段。
所述自适应换热模块用于电子设备散热。所述自适应换热模块内部流动工质为防冻液。第一温度计和第二温度计分别测量自适应换热冷板进口和出口温度。
所述制冷模块包括压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、节流阀、蒸发器。压缩机与第一冷凝器相连通，第一冷凝器与第二冷凝器相连通，第二冷凝器与节流阀相连通，节流阀与蒸发器相连通。
所述制冷模块为蒸发循环系统。所述蒸发器与自适应换热模块相连接，用于冷却防冻液。所述第一冷凝器为风冷换热器，通过舱外空气冷却制冷剂；所述第二冷凝器为液冷换热器，通过燃油模块内的燃油冷却制冷剂。
所述燃油模块包含油箱、燃油泵。第二冷凝器与燃油泵相连通，燃油泵与油箱相连通，油箱与第二冷凝器相连通。
所述燃油模块为制冷模块提供一种冷源；所述燃油模块通过第二冷凝器与制冷模块连接。
所述自适应换热冷板为高导热系数材料通道，内含翅片以强化换热；所述翅片由记忆合金材料制成，沿流动方向以顺排或叉排方式布置，可根据设备温度大小或热流高低自动改变长度(虚线)，继而使得翅片间距发生变化，一方面调节翅片的换热面积，另一方面改变流道的结构，形成突扩突缩流道，进一步调节换热。
本发明的有益效果：
本发明从节能角度对机载换热系统进行设计，基于记忆合金翅片技术、蒸发制冷技术、燃油热沉技术等，实现了机载换热系统的自适应功能，解决了现有机载换热系统结构形式不变导致的泵功消耗过多的问题。新系统结构紧凑，部件轻，功耗低，燃油代偿损失小。
本发明首次提出的自适应换热冷板是根据设备温度大小或热流高低自动改变长度，具体是指：若温度或热流过高，此时翅片长度变长，换热面积增大，翅片间距减小，换热效果提升；若温度或热流较低，此时，翅片长度变短，换热面积减小，翅片间距增大，换热量减小。
附图说明
图1为本发明的机载自适应换热系统的原理示意图；
图2a-图2b为本发明自适应换热冷板翅片通道的结构示意图。
图中：1-储液罐、2-液冷泵、3-流量计、4-自适应换热冷板、5-第一温度计、6-第二温度计、7-蒸发器、8-压缩机、9-第一冷凝器、10-第二冷凝器、11-节流阀、12-油箱、13-燃油泵、14-高导热系数材料通道、15- 翅片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例中机载自适应换热系统，包括自适应换热模块、制冷模块、燃油模块。
所述自适应换热模块包括储液罐1、液冷泵2、流量计3、自适应换热冷板4。储液罐1与液冷泵2相连通，液冷泵2与流量计3相连通，流量计3与自适应换热冷板4相连通，自适应换热冷板4与蒸发器7相连通，蒸发器7与储液罐1相连通。第一温度计5安装在自适应换热冷板4的进口管段，第二温度计6安装在自适应换热冷板4的出口管段。
所述自适应换热模块用于电子设备散热。所述自适应换热模块内部流动工质为防冻液。第一温度计5和第二温度计6分别测量自适应换热冷板 4进出口温度。
所述制冷模块包括压缩机8、第一冷凝器9、第二冷凝器10、节流阀 11、蒸发器7。压缩机8与第一冷凝器9相连通，第一冷凝器9与第二冷凝器10相连通，第二冷凝器10与节流阀11相连通，节流阀11与蒸发器7相连通。
所述制冷模块为蒸发循环系统。所述蒸发器7与自适应换热模块相连接，用于冷却防冻液。所述第一冷凝器9为风冷换热器，通过舱外空气冷却制冷剂；所述第二冷凝器10为液冷换热器，通过燃油模块内的燃油冷却制冷剂。所述第二冷凝器10为液冷换热器，通过燃油模块内的燃油冷却剂。
所述燃油模块包含油箱12、燃油泵13。第二冷凝器10与燃油泵13 相连通，燃油泵13与油箱12相连通，油箱12与第二冷凝器10相连通。
所述燃油模块为制冷模块提供一种冷源；所述燃油模块通过第二冷凝器10与制冷模块连接。
如图2a, 图2b所示，所述自适应换热冷板4为高导热系数材料通道14，内含翅片15以强化换热；所述翅片15由记忆合金材料制成(材料可以为镍钛合金)，沿工质流动方向以顺排或叉排方式布置，可根据设备温度大小或热流高低自动改变长度(图2(a)与图2(b)中虚线)，继而使得翅片间距发生变化，一方面调节翅片的换热面积，另一方面改变流道的结构，形成突扩突缩流道，进一步调节换热。
翅片变长时，换热面积增大，翅片间距变小，流道结构改变。
本实施例记载自适应换热系统的工作过程：
从储液罐1泵出的冷却液先进入自适应换热冷板4，根据电子设备的温度或者热流自动调节翅片长度。若温度或热流过高，此时翅片长度变长，换热面积增大，翅片间距减小，换热效果提升；若温度或热流较低，此时，翅片长度变短，换热面积减小，翅片间距增大，换热量减小。冷却液吸收的电子设备热量再通过制冷模块的蒸发器7传给制冷剂，然后冷却液流回储液罐1。制冷剂吸收的热量通过第一冷凝器9或第二冷凝器10最终被传给舱外空气或者燃油。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种机载自适应换热系统，包括自适应换热模块、制冷模块、燃油模块,其特征在于，所述自适应换热模块包括储液罐、液冷泵、流量计、自适应换热冷板；
储液罐与液冷泵相连通，液冷泵与流量计相连通，流量计与自适应换热冷板相连通，自适应换热冷板与蒸发器相连通，蒸发器与储液罐相连通；
自适应换热冷板为高导热系数材料通道，内含翅片以强化换热；
自适应换热冷板通过调节翅片的换热面积和/或改变通道的结构，调节换热；
所述翅片由记忆合金材料制成，翅片沿工质流动方向以顺排或叉排方式布置，根据设备温度大小或热流高低自动改变长度，继而使得翅片间距发生变化；
根据设备温度大小或热流高低自动改变长度，具体是指：
若温度或热流过高，此时翅片长度变长，换热面积增大，翅片间距减小，换热效果提升；
若温度或热流较低，此时，翅片长度变短，换热面积减小，翅片间距增大，换热量减小。
2.根据权利要求1所述的机载自适应换热系统，其特征在于，第一温度计安装在自适应换热冷板的进口管段，第二温度计安装在自适应换热冷板的出口管段，第一温度计和第二温度计分别测量自适应换热冷板进口和出口温度。
3.根据权利要求1所述的机载自适应换热系统，其特征在于，所述自适应换热模块内部流动工质为防冻液。
4.根据权利要求1所述的机载自适应换热系统，其特征在于，所述制冷模块包括压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、节流阀、蒸发器，压缩机与第一冷凝器相连通，第一冷凝器与第二冷凝器相连通，第二冷凝器与节流阀相连通，节流阀与蒸发器相连通。
5.根据权利要求4所述的机载自适应换热系统，其特征在于，所述第一冷凝器为风冷换热器，通过舱外空气冷却制冷剂；所述第二冷凝器为液冷换热器，通过燃油模块内的燃油冷却制冷剂。
6.根据权利要求1所述的机载自适应换热系统，其特征在于，所述燃油模块包含油箱、燃油泵，第二冷凝器与燃油泵相连通，燃油泵与油箱相连通，油箱与第二冷凝器相连通。
7.根据权利要求1所述的机载自适应换热系统，其特征在于，改变通道的结构具体是指形成突扩突缩流道。
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