CN112954980B - 一种机载液冷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机载液冷装置，涉及飞行器环境控制技术领域。本发明机载液冷装置包括浸没模块及制冷模块；其中，浸没模块包括壳体及设置在所述壳体内的电子元件、抑波板、流动增强部件和绝缘冷却液；所述绝缘冷却液浸没所述电子元件；所述抑波板位于绝缘冷却液的液面处；所述流动增强部件与所述电子元件连接，且所述电子元件位于所述抑波板与所述流动增强部件之间；所述流动增强部件增强所述绝缘冷却液对流；所述浸没模块与所述制冷模块的连通通路构成循环回路，且所述连通通路内部设置有制冷剂；所述浸没模块将所述电子元件产生的热量传递至所述制冷剂；所述制冷模块冷却所述制冷剂，从而实现对机载电子元件的高效冷却。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器环境控制技术领域，特别是涉及一种机载液冷装置。
背景技术
随着飞行器的发展，飞行器机载电子元件发热量的迅速增加，将电子元件的温度控制在合理范围内的需求愈发迫切。浸没冷却作为一种新型换热技术，其电力使用率(PUE)接近理论极限值1，具备零噪声、零污染和绿色节能的显著优点。
目前，浸没冷却在地面数据中心和服务器机柜中已有一些应用案例，然而，在飞行器上尚无应用。鉴于飞行器上的特殊环境，将浸没冷却技术应用在飞行器上时，需要考虑到机载电子元件相较于地面上使用的电子元件具有更高的热流密度，还需要结合机载动载引起的液体移位可能造成的干扰、飞行器综合热能量管理的设计趋势等因素进行综合考虑。
发明内容
本发明的目的是提供一种机载液冷装置，以解决飞行器电子元件发热量大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种机载液冷装置，包括浸没模块及制冷模块；
所述浸没模块包括壳体及设置在所述壳体内的电子元件、抑波板、流动增强部件和绝缘冷却液；所述绝缘冷却液浸没所述电子元件；所述抑波板位于所述绝缘冷却液的液面处；所述流动增强部件与所述电子元件连接，且所述电子元件位于所述抑波板与所述流动增强部件之间；所述流动增强部件用于增强所述绝缘冷却液对流；
所述浸没模块与所述制冷模块的连通通路构成循环回路，且所述连通通路内部设置有制冷剂；
所述浸没模块用于将所述电子元件产生的热量传递至所述制冷剂；
所述制冷模块用于冷却所述制冷剂。
可选地，所述流动增强部件包括电机和桨叶；
所述电子元件通过所述桨叶与所述电机连接；
所述电机用于带动所述桨叶旋转。
可选地，所述壳体内还设置有蒸发器；
所述蒸发器通过所述连通通路与所述制冷模块连通，所述蒸发器用于将气相绝缘冷却液的热量传递至所述制冷剂；所述气相绝缘冷却液由所述绝缘冷却液吸收所述电子元件的热量气化生成。
可选地，所述壳体内还设置有第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器以及液位传感器；
所述第一温度传感器用于采集所述绝缘冷却液的温度信息，所述第二温度传感器用于采集所述制冷剂的温度信息，所述压力传感器用于采集所述壳体内的压力信息，所述液位传感器用于采集所述绝缘冷却液液面的位置信息。
可选地，所述第一温度传感器浸没在所述绝缘冷却液内；所述第二温度传感器设置在所述连通通路内。
可选地，所述绝缘冷却液为氟化液。
可选地，所述制冷模块包括压缩机、风冷冷凝器、燃油冷凝器、节流阀、第一阀门以及第二阀门；
所述压缩机与所述风冷冷凝器、所述燃油冷凝器、所述节流阀以及所述浸没模块首尾连通，构成循环回路；
所述压缩机用于将所述制冷剂从所述浸没模块传送至所述风冷冷凝器和/或所述燃油冷凝器；
所述第一阀门设置在所述风冷冷凝器与所述燃油冷凝器之间，所述第一阀门用于控制所述制冷剂经过所述燃油冷凝器到达所述节流阀；所述燃油冷凝器用于以燃油为冷源吸收所述制冷剂的热量；
所述第二阀门设置在所述风冷冷凝器与所述节流阀之间，所述第二阀门用于控制所述制冷剂到达所述节流阀；所述风冷冷凝器用于以空气为冷源吸收所述制冷剂的热量。
可选地，所述机载液冷装置还包括燃油模块；
所述燃油模块与所述制冷模块连通，所述燃油模块用于为所述制冷模块提供冷却液，以冷却所述绝缘冷却液传递的热量；所述冷却液为燃油。
可选地，所述燃油模块包括油箱及燃油泵；
所述制冷模块与所述油箱、所述燃油泵首尾连接；
所述燃油泵用于将所述油箱中的燃油送入所述制冷模块，以冷却所述绝缘冷却液传递的热量。
可选地，所述燃油模块还包括第一燃油温度传感器及第二燃油温度传感器；
所述第一燃油温度传感器设置在所述燃油泵与所述制冷模块之间，所述第一燃油温度传感器用于采集所述燃油进入所述制冷模块时的温度信息；
所述第二燃油温度传感器设置在所述制冷模块与所述油箱之间，所述第二燃油温度传感器用于采集所述燃油离开所述燃油冷凝器时的温度信息。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过设置在壳体内的绝缘冷却液浸没电子元件，并将电子元件产生的热量传递至浸没模块与制冷模块之间的连通通路内部的制冷剂，再通过制冷模块冷却上述制冷剂，以达到解决飞行器电子元件发热量大的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明机载液冷装置的结构示意图；
图2为本发明机载液冷装置中抑波板的结构示意图。
符号说明：
1—壳体，2—电子元件，3—桨叶，4—电机，5—抑波板，6—蒸发器，7—温度和压力传感器，8—液位传感器，9—压缩机，10—风冷冷凝器，11—燃油冷凝器，12—节流阀，13—第一阀门，14—第二阀门，15—油箱，16—燃油泵，17—第一燃油温度传感器，18—第二燃油温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的目的是提供一种机载液冷装置，将电子元件产生的热量通过绝缘冷却液传递到制冷剂，制冷模块对制冷剂进行冷却，从而间接实现对机载电子元件的冷却。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明机载液冷装置包括浸没模块及制冷模块；所述浸没模块包括壳体1及设置在所述壳体1内的电子元件2、抑波板5、流动增强部件以及绝缘冷却液；所述绝缘冷却液浸没所述电子元件2；所述抑波板5位于所述绝缘冷却液的液面处，所述抑波板5用于抑制飞行器机动动载引起的氟化液液面倾斜和波动，同时可使气相氟化液透过，所述抑波板5的结构示意图如图2。所述流动增强部件与所述电子元件2连接，且所述电子元件2位于所述抑波板5与所述流动增强部件之间；所述流动增强部件用于增强所述绝缘冷却液对流；所述浸没模块与所述制冷模块的连通通路构成循环回路，且所述连通通路内部设置有制冷剂；所述浸没模块用于将所述电子元件2产生的热量传递至所述制冷剂；所述制冷模块用于冷却所述制冷剂。
进一步地，所述流动增强部件包括电机4和桨叶3；所述电子元件2通过所述桨叶3与所述电机4连接；所述电机4用于带动所述桨叶3旋转，以增强氟化液对流。
优选地，所述壳体1内还设置有蒸发器6，具体地，所述蒸发器6设置于所述壳体1内部与所述电子元件2相对的另一端，所述抑波板5位于所述蒸发器6与所述电子元件2之间；所述蒸发器6通过所述连通通路与所述制冷模块连通，所述蒸发器6用于将气相绝缘冷却液的热量传递至所述制冷剂；所述气相绝缘冷却液由所述绝缘冷却液吸收所述电子元件2的热量气化生成。具体地，利用池沸腾原理将电子元件2产生的热量传递至液相绝缘冷却液，液相冷却液吸收热量气化生成气相绝缘冷却液，气相绝缘冷却液通过蒸发器6将热量传递至制冷剂。
在本发明实施例中，所述壳体1内还设置温度和压力传感器7和液位传感器8；具体地，所述壳体1内设置有第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器以及液位传感器8；所述第一温度传感器用于采集所述绝缘冷却液的温度信息，所述第二温度传感器用于采集所述制冷剂的温度信息，所述压力传感器用于采集所述壳体内的压力信息，所述液位传感器8用于采集所述绝缘冷却液液面的位置信息。进一步地，所述第一温度传感器浸没在所述绝缘冷却液内；所述第二温度传感器设置在所述连通通路内，具体地，所述第二温度传感器设置在所述连通通路处于壳体1内的部分的内壁，所述压力传感器设置在所述壳体内部，所述液位传感器8浸没在所述绝缘冷却液内。
优选地，所述绝缘冷却液为氟化液。
进一步地，所述制冷模块包括压缩机9、风冷冷凝器10、燃油冷凝器11、节流阀12、第一阀门13以及第二阀门14；所述压缩机9与所述风冷冷凝器10、所述燃油冷凝器11、所述节流阀12以及所述浸没模块首尾连通，构成循环回路。
所述压缩机9用于将所述制冷剂从所述浸没模块传送至所述风冷冷凝器10和/或所述燃油冷凝器11；所述第一阀门13设置在所述风冷冷凝器10与所述燃油冷凝器11之间，所述第一阀门13用于控制所述制冷剂经过所述燃油冷凝器11到达所述节流阀12；所述燃油冷凝器11用于以燃油为冷源吸收所述制冷剂的热量；所述第二阀门14设置在所述风冷冷凝器10与所述节流阀12之间，所述第二阀门14用于控制所述制冷剂到达所述节流阀14；所述风冷冷凝器10用于以空气为冷源吸收所述制冷剂的热量。
优选地，所述机载液冷装置还包括燃油模块；所述燃油模块与所述制冷模块连通，所述燃油模块用于为所述制冷模块提供冷却液，以冷却所述绝缘冷却液传递的热量；所述冷却液为燃油。
在本发明具体实施例中，所述燃油模块包括油箱15及燃油泵16；所述制冷模块与所述油箱15、所述燃油泵16首尾连接；所述燃油泵16用于将所述油箱15中的燃油送入所述制冷模块，以冷却所述绝缘冷却液传递的热量。具体地，绝缘冷却液吸收电子元件的热量生成气相绝缘冷却液，气相绝缘冷却液通过蒸发器将热量传递至制冷剂，当所述第一阀门13打开，所述制冷剂进入所述燃油冷凝器，所述燃油冷凝器中的燃油吸收制冷剂热量，升温后的燃油进入飞机发动机燃烧，以实现综合热/能量的管理。
进一步地，所述燃油模块还包括第一燃油温度传感器17及第二燃油温度传感器18；所述第一燃油温度传感器17设置在所述燃油泵16与所述制冷模块之间，所述第一燃油温度传感器17用于采集所述燃油进入所述制冷模块时的温度信息；所述第二燃油温度传感器18设置在所述制冷模块与所述油箱15之间，所述第二燃油温度传感器18用于采集所述燃油离开所述燃油冷凝器11时的温度信息。
本发明机载液冷装置的工作原理及过程如下：
电子元件浸没在壳体内的液相氟化液中，液相氟化液通过池沸腾原理吸收电子元件的热量变为气相氟化液，气相氟化液与蒸发器接触后将热量通过流动沸腾原理传递给气相制冷剂，气相制冷剂在风冷冷凝器和/或燃油冷凝器中通过流动冷凝原理将热量传递给空气和/或燃油。并且，在液相氟化液池沸腾的过程中，电机带动桨叶旋转增强氟化液的对流强度，提高池沸腾的换热效果。
相对于现有技术，本发明还具有以下优点：
(1)本发明基于飞行器综合热/能量管理的设计思路，利用空气和燃油作为冷源，将电子元件的发热量通过氟化液和制冷剂的相变逐级传递至冷源。
(2)本发明通过增强氟化液的对流和抑制氟化液液面的移位，使机载液冷装置具备了对飞行器环境的良好适应性。
(3)本发明机载液冷装置具有结构紧凑、高效可靠、绿色节能等多重优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种机载液冷装置，其特征在于，所述机载液冷装置包括浸没模块及制冷模块；
所述浸没模块包括壳体及设置在所述壳体内的电子元件、抑波板、流动增强部件和绝缘冷却液；所述绝缘冷却液浸没所述电子元件；所述抑波板位于所述绝缘冷却液的液面处；所述流动增强部件与所述电子元件连接，且所述电子元件位于所述抑波板与所述流动增强部件之间；所述流动增强部件用于增强所述绝缘冷却液对流；
所述浸没模块与所述制冷模块的连通通路构成循环回路，且所述连通通路内部设置有制冷剂；
所述浸没模块用于将所述电子元件产生的热量传递至所述制冷剂；
所述制冷模块用于冷却所述制冷剂。
2.根据权利要求1所述的机载液冷装置，其特征在于，所述流动增强部件包括电机和桨叶；
所述电子元件通过所述桨叶与所述电机连接；
所述电机用于带动所述桨叶旋转。
3.根据权利要求1所述的机载液冷装置，其特征在于，所述壳体内还设置有蒸发器；
所述蒸发器通过所述连通通路与所述制冷模块连通，所述蒸发器用于将气相绝缘冷却液的热量传递至所述制冷剂；所述气相绝缘冷却液由所述绝缘冷却液吸收所述电子元件的热量气化生成。
4.根据权利要求1所述的机载液冷装置，其特征在于，所述壳体内还设置有第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器以及液位传感器；
所述第一温度传感器用于采集所述绝缘冷却液的温度信息，所述第二温度传感器用于采集所述制冷剂的温度信息，所述压力传感器用于采集所述壳体内的压力信息，所述液位传感器用于采集所述绝缘冷却液液面的位置信息。
5.根据权利要求4所述的机载液冷装置，其特征在于，所述第一温度传感器浸没在所述绝缘冷却液内；所述第二温度传感器设置在所述连通通路内。
6.根据权利要求1所述的机载液冷装置，其特征在于，所述绝缘冷却液为氟化液。
7.根据权利要求1所述的机载液冷装置，其特征在于，所述制冷模块包括压缩机、风冷冷凝器、燃油冷凝器、节流阀、第一阀门以及第二阀门；
所述压缩机与所述风冷冷凝器、所述燃油冷凝器、所述节流阀以及所述浸没模块首尾连通，构成循环回路；
所述压缩机用于将所述制冷剂从所述浸没模块传送至所述风冷冷凝器和/或所述燃油冷凝器；
所述第一阀门设置在所述风冷冷凝器与所述燃油冷凝器之间，所述第一阀门用于控制所述制冷剂经过所述燃油冷凝器到达所述节流阀；所述燃油冷凝器用于以燃油为冷源吸收所述制冷剂的热量；
所述第二阀门设置在所述风冷冷凝器与所述节流阀之间，所述第二阀门用于控制所述制冷剂到达所述节流阀；所述风冷冷凝器用于以空气为冷源吸收所述制冷剂的热量。
8.根据权利要求1所述的机载液冷装置，其特征在于，所述机载液冷装置还包括燃油模块；
所述燃油模块与所述制冷模块连通，所述燃油模块用于为所述制冷模块提供冷却液，以冷却所述绝缘冷却液传递的热量；所述冷却液为燃油。
9.根据权利要求8所述的机载液冷装置，其特征在于，所述燃油模块包括油箱及燃油泵；
所述制冷模块与所述油箱、所述燃油泵首尾连接；
所述燃油泵用于将所述油箱中的燃油送入所述制冷模块，以冷却所述绝缘冷却液传递的热量。
10.根据权利要求9所述的机载液冷装置，其特征在于，所述燃油模块还包括第一燃油温度传感器及第二燃油温度传感器；
所述第一燃油温度传感器设置在所述燃油泵与所述制冷模块之间，所述第一燃油温度传感器用于采集所述燃油进入所述制冷模块时的温度信息；
所述第二燃油温度传感器设置在所述制冷模块与所述油箱之间，所述第二燃油温度传感器用于采集所述燃油离开所述燃油冷凝器时的温度信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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