CN112944952A - 一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统 - Google Patents

一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统 Download PDF

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CN112944952A CN202110117498.XA CN202110117498A CN112944952A CN 112944952 A CN112944952 A CN 112944952A CN 202110117498 A CN202110117498 A CN 202110117498A CN 112944952 A CN112944952 A CN 112944952A
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朱庆勇
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
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Abstract

本发明公开了一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，具有需要不定时需要冷却的高温表面，所述系统包括冷却剂存储腔、流动通道与电控阀门，所述流动通道的一端设置于所述冷却剂存储腔的一侧，所述电控阀门设置于所述流动通道与所述冷却剂存储腔之间，用于控制所述流动通道的开启，使冷却剂进入所述流动通道；所述流动通道的另一端与所述高温表面连通。本发明的有益效果在于，克服传统发汗冷却技术冷却剂消耗大的缺陷，提供一种高温表面热防护与热控制技术，利用热敏开关智能管理分块电控阀门的工作，可有效减少冷却剂的消耗。

Description

一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统
技术领域
本发明属于高温物体表面的散热装置研究技术领域，特别涉及一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统。
技术背景
随着未来重复使用飞行器飞行速度的不断提升，服役环境趋于恶劣，飞行器的热防护问题已成为制约其发展的瓶颈问题之一。高马赫速重复使用飞行器表面温度极高，要求热防护材料满足轻质、高效、耐高温、抗氧化、可重复使用等需求，对材料的综合使用性能要求高，研制难度很大。发汗冷却具有冷却效率高、冷却剂消耗相对较少的优点。未来，针对特定使用环境，以发汗冷却为代表的主动隔热方式，将有望满足飞行器尖前缘、超燃冲压发动机内部关键部位的热防护的苛刻需求。本发明涉及的一种面向高超声速飞行器的智能发汗冷却装置，是一种能够根据温度自主调节槽道流量的智能结构。本技术的研制为飞行器主动热防护结构智能设计及实现提供基础和指导，促进国防工业的进步。
发明内容
鉴于现有技术的缺陷，本发明旨在于提供一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，克服传统发汗冷却技术冷却剂消耗大的缺陷，提供一种高温表面热防护与热控制技术，利用热敏开关智能管理分块电控阀门的工作，可有效减少冷却剂的消耗。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，具有需要不定时需要冷却的高温表面，所述系统包括冷却剂存储腔、流动通道与电控阀门，所述流动通道的一端设置于所述冷却剂存储腔的一侧，所述电控阀门设置于所述流动通道与所述冷却剂存储腔之间，用于控制所述流动通道的开启，使冷却剂进入所述流动通道；所述流动通道的另一端与所述高温表面连通。
需要说明的是，所述流动通道包括槽道与若干毛细纤维，若干所述毛细纤维设置于所述槽道中；当所述流动通道开启后，所述冷却剂通过所述槽道进入所述毛细纤维，并从所述高温表面排出。
需要说明的是，若干所述毛细纤维多孔材料也可以是颗粒多孔材料。
需要说明的是，所述电控阀门与热敏开关电气连接，所述热敏开关用于监测所述高温表面的温度值。
需要说明的是，所述电控阀门的开度与所述热敏开关检测的温度值成正比。
需要说明的是，所述高温表面内设有若干电控阀门以及与所述电控阀门数量对应的所述流动通道。
需要说明的是，若干所述电控阀门与若干所述流动通道分区域设置于所述高温表面的内侧。
需要说明的是，所述电控阀门的电源与若干所述毛细纤维电气连接。
需要指出的是，本发明还设有控制器，所述控制器分别与所电控阀门、所述热敏开关电气连接，用于接收所述热敏开关的监测值，同时与预设于控制器的温度阈值进行比较，当监测值超过预设的温度阈值时，所述控制器控制所述电控阀门的开启。
需要进一步指出的是，所述控制器中可以预设若干温度阈值，这样，当监测值超过一温度阈值，但低于另一温度阈值时，所述控制器可以控制所述电控阀门的开度。
本发明的有益效果在于，在使用过程中，当结构表面热流超过表面结构热承载的预设阈值时，相应的热敏开关接通，电控阀门在电场力作用下与槽道脱离，冷却剂即可进入槽道，开启发汗冷却系统；与电源连通的毛细纤维增加冷却剂的电润湿特性。由于本发明中的电控阀门是根据的结构表面最高热流密度分块布置，其他区域的电控阀门仍保持关闭，节约冷却剂。当热流密度增大并高热量密度分布更广时，其它区域类似装置也相继开始工作，保障表面结构不被破坏。按照本发明的结构，即可保障高温表面结构不被破坏，又可以节约冷却剂，实现发汗冷却技术的智能化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A部的放大结构示意图。
具体实施例
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，本发明为一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，具有需要不定时需要冷却的高温表面，所述系统包括冷却剂存储腔1、流动通道2与电控阀门3，所述流动通道2的一端设置于所述冷却剂存储腔1的一侧，所述电控阀门3设置于所述流动通道2与所述冷却剂存储腔1之间，用于控制所述流动通道2的开启，使冷却剂100进入所述流动通道2；所述流动通道2的另一端与所述高温表面连通。
如图2所示，所述流动通道2包括槽道21与若干毛细纤维22，若干所述毛细纤维22设置于所述槽道21中；当所述流动通道2开启后，所述冷却剂通过所述槽道21进入所述毛细纤维22，并从所述高温表面排出。
进一步的，本发明中的若干所述毛细纤维多孔材料也可以是颗粒多孔材料。
进一步的，如图1所示，所述电控阀门3与热敏开关4电气连接，所述热敏开关4用于监测所述高温表面的温度值。
为了节省冷却剂、保证高温表面不被破坏，所述电控阀门的开度与所述热敏开关检测的温度值成正比，即表面温度越高，电控阀门开度越大，冷却剂排出的越多。
作为一种优选的技术方案，所述高温表面内设有若干电控阀门以及与所述电控阀门数量对应的所述流动通道。
作为另一种优选的技术方案，若干所述电控阀门与若干所述流动通道分区域设置于所述高温表面的内侧。
为了提高冷却剂的冷却效果，所述电控阀门的电源与若干所述毛细纤维电气连接，当冷却剂通过若干所述毛细纤维排出时，带电的若干所述毛细纤维可以有效提高电润湿特性。
需要指出的是，本发明还设有控制器，所述控制器分别与所电控阀门、所述热敏开关电气连接，用于接收所述热敏开关的监测值，同时与预设于控制器的温度阈值进行比较，当监测值超过预设的温度阈值时，所述控制器控制所述电控阀门的开启。
需要进一步指出的是，所述控制器中可以预设若干温度阈值，这样，当监测值超过一温度阈值，但低于另一温度阈值时，所述控制器可以控制所述电控阀门的开度。
实施例
在使用过程中，当可能发生高温的结构表面的热流超过表面结构热承载阈值时，相应的热敏开关接通，电控阀门在电场力作用下与流动通道脱离，冷却剂即可进入槽道继而再进入毛细纤维，从而实现发汗冷却系统的开启；进一步的，与电源连通的毛细纤维可增加冷却剂的电润湿特性。由于电控阀门是根据的结构表面最高热流密度分块布置，其他未达预设的温度阈值的表面区域的电控阀门仍保持关闭，从而实现节约冷却剂。当热流密度增大并高热量密度分布更广时，其它区域的电控阀门也相继开始工作，最终保障高温表面结构不被破坏。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变，而所有的这些改变，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，具有需要不定时需要冷却的高温表面，其特征在于，所述系统包括冷却剂存储腔、流动通道与电控阀门，所述流动通道的一端设置于所述冷却剂存储腔的一侧，所述电控阀门设置于所述流动通道与所述冷却剂存储腔之间，用于控制所述流动通道的开启，使冷却剂进入所述流动通道；所述流动通道的另一端与所述高温表面连通。
2.根据权利要求1所述的针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，其特征在于，所述流动通道包括槽道与若干毛细纤维，若干所述毛细纤维设置于所述槽道中；当所述电控阀门开启后，所述冷却剂通过所述槽道进入所述毛细纤维，并从所述高温表面排出。
3.根据权利要求2所述的针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，其特征在于，若干所述毛细纤维多孔材料也可以是颗粒多孔材料。
4.根据权利要求2所述的针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，其特征在于，所述电控阀门与热敏开关电气连接，所述热敏开关用于监测所述高温表面的温度值。
5.根据权利要求3所述的针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，其特征在于，所述电控阀门的开度与所述热敏开关检测的温度值成正比。
6.根据权利要求1所述的针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，其特征在于，所述高温表面内设有若干电控阀门以及与所述电控阀门数量对应的所述流动通道。
7.根据权利要求6所述的针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，其特征在于，若干所述电控阀门与若干所述流动通道分区域设置于所述高温表面的内侧。
8.根据权利要求2所述的针对高温表面热防护与热控制的发汗冷却系统，其特征在于，所述电控阀门的电源与若干所述毛细纤维电气连接。
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