CN114828570A - 一种小型蒙皮换热器及换热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小型蒙皮换热器，设置于飞行器蒙皮表面，所述蒙皮换热器包括蒙皮换热器基板以及若干换热翅片，蒙皮换热器基板呈瓦片形状，曲率与飞行器蒙皮等同或渐变平滑过渡；换热翅片均匀安装在换热器基板上表面，换热翅片走向与飞行器表面的气流方向平行；所述蒙皮换热器基板具有一定厚度，内部均匀分布有流道，用于填充冷却液；蒙皮换热器基板设有进口接头与出口接头，对内分别与流道两端连接，对外与待冷却电子设备内置流道连接。本发明提出的蒙皮换热器可以布置在飞行器的几乎任何部位，换热翅片减轻了对飞行稳定性的扰动和侧向力，可提升局促空间电子设备集成度及部署性。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备散热技术领域，特别涉及一种与飞行器共形的小型蒙皮换热器及换热系统。
背景技术
传统的电子设备，主要有主动散热和被动散热两类。比如一部分设备多依靠自然对流散热，或自带风扇风冷散热，而一部分设备多依赖环控系统供风、供冷却液来通流散热。而当电子设备热耗集中、布置位置偏远，比如载体的远端部位、短舱部位、载体头部，环控管路和冷却资源不易送达，或需要付出极大的管路铺设与重量、介质流动阻力及驱动功耗等代价。因此，本文提出方案：采用就近设置的微小型蒙皮换热器，以解决特定电子设备冷却散热。
蒙皮散热器，提出了一种基于蒙皮来设计的换热器。通常为空液换热器或空空换热器，换热器内部含有冷却液流道(CN102143887)，冷却液可以是空气或液体冷却液，依靠载机飞行时外蒙皮的相对外掠气流对换热器与内部冷却液进行冷却换热，从而持续为内部电子设备输送冷却介质。即：冷却介质在待冷却电子设备处吸热，在蒙皮换热器放热给外掠气流。相应地，也有文件公开了单层蒙皮换热器(CN102295072)、双层蒙皮换热器(CN105416591)、尾迹流冷却(CN103492267)、集成于综合环控系统的蒙皮换热器(CN102390536)操作控制外蒙皮换热器的控制方法(CN103282278)及制造方法(CN104245510)等。与上述相反，US 6435454给出了一种超音速飞机的外蒙皮冷却系统，以降低空气摩擦导致的外蒙皮过热、降低红外线辐射；类似的还有CN105515448，CN102390538，通过蒙皮换热器，将外蒙皮的空气摩擦热传输至燃油系统、滑油系统等。
这些技术方案的特点是：1)蒙皮换热器，应适应气动布局和燃油经济性要求降低对飞行性能的影响；当蒙皮换热器用作冷却内流或外流，两种不同的热流方向则分别对应于冷却内部设备(内部散热)或降低外蒙皮红外特征(外部热防护)两种不同用途；2)用于民航飞机的蒙皮换热器，一般将蒙皮换热器作为主环控系统的补充，蒙皮换热器的尺寸和散热容量较大；3)特殊用途飞机的蒙皮换热器，为了适应向气动加热后的外掠气流排热，使得蒙皮换热器的换热工作温度点较高，环控系统相应的还需配套节流措施、热电制冷措施等等。这些特点使得：蒙皮换热器成为一种体积、重量、功耗等资源占用大的“奢侈品”。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种小型蒙皮换热器及换热系统，解决局促空间内电子设备的集中散热问题，特别适用于机载弹载等紧凑空间内电子设备就近散热。
本发明采用的技术方案如下：一种小型蒙皮换热器，设置于飞行器蒙皮表面，所述蒙皮换热器包括蒙皮换热器基板以及若干换热翅片，蒙皮换热器基板呈瓦片形状，曲率与飞行器蒙皮等同或渐变平滑过渡；换热翅片均匀安装在换热器基板上表面，换热翅片走向与飞行器表面的气流方向平行；所述蒙皮换热器基板具有一定厚度，内部均匀分布有流道，用于填充冷却液；蒙皮换热器基板设有进口接头与出口接头，对内分别与流道两端连接，对外与待冷却电子设备内置流道连接。
进一步的，所述蒙皮换热器基板开设有多个安装螺孔，用于将蒙皮换热器固定在飞行器蒙皮上。
进一步的，还包括蒙皮搭接台阶，设置于蒙皮换热器基板上表面四周边缘，安装螺孔均匀设置在蒙皮搭接台阶上
进一步的，蒙皮换热器基板内为单层流道或多层流道；多层流道之间采用蛇形串联或并联构型。
本发明还提出了一种换热系统，在上述的小型蒙皮换热器基础上实现，包括待冷却电子设备，所述待冷却电子设备包括电子设备冷板、电子设备主体结构以及冷却附件结构，所述电子设备冷板内部设有流道，表面设有与流道连通的进口和出口；所述电子设备主体结构安装在电子设备冷板上方；所述冷却附件结构包括液体膨胀器、微泵，所述微泵的一端通管路连接至电子设备冷板的出口，另一端通过管路连接至液体膨胀器的一端，液体膨胀器的另一端提供第一对外冷却接口；所述冷却附件结构还设有第二对外冷却接口，所述第二对外冷却接口对内与电子设备冷板的入口连接；所述第一对外冷却接口、第二对外冷却接口分别通过连接管路连接至蒙皮换热器上的进口接头与出口接头，形成封闭的流体回路；所述流体回路中填充有冷却液。
进一步的，所述微泵与液体膨胀器连接的管路上还设有过滤器。
进一步的，所述微泵为齿轮泵或膜片泵。
进一步的，第一对外冷却接口、第二对外冷却接口与进口接头与出口接头连接采用的管路为柔性或刚性管道。
进一步的，所述冷却液为防冻液、乙二醇水溶液或氟碳化合物。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
(1)本发明提供的蒙皮换热器，基于层叠焊接或3D打印工艺，可以根据飞行器的局部蒙皮流线型定制，可以提供大曲率动态范围(曲率半径R＝50mm～∞)的弧形、锥圆筒形、多曲率面型状的换热器，尺寸从50mm～1000mm或更大，可以布置在飞行器的几乎任何部位；
(2)本发明提供的蒙皮换热器，其外流翅片的走向，与飞行器巡航稳定飞行时的外掠气流的走向一致，减轻了对飞行稳定性的扰动和侧向力；根据流体力学优化设计的翅片可以局部凹陷或凸起，降低飞行阻力；
3)本发明提供的换热系统，在电子设备这一端集成了微泵、过滤器、膨胀阀等部件，促使构造外部换热系统的连接异常简单，安装便利；通过本发明提供的液冷散热资源，可提升局促空间电子设备集成度及部署性。
附图说明
图1为本发明小型蒙皮换热器及换热系统整体示意图；
图2为本发明的蒙皮换热器简简图；
图3为本发明的蒙皮换热器横截面简图；
图4为本发明的待冷却电子设备简图。
附图标记：1-蒙皮换热器，2-飞行器蒙皮，3-待冷却电子设备，4-第二连接管路，5-第一连接管路；
11-外掠空气，12-换热翅片，13-进口接头，14-出口接头，15-蒙皮搭接台阶，16-安装螺孔，17-蒙皮换热器基板，18-基板外暴露面18，19-流道，
31-电子设备主体结构，32-电子设备冷板，33-冷却附件结构，34-第二对外冷却接口，35-第一对外冷却接口，36-液体膨胀器，37-过滤器，38-微泵，39-管路。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
实施例1
如图2、图3所示，本实施例提出一种小型蒙皮换热器，设置于飞行器蒙皮2表面，所述蒙皮换热器1包括蒙皮换热器基板17以及若干换热翅片12，蒙皮换热器基板17呈瓦片形状，曲率与飞行器蒙皮2等同或渐变平滑过渡；换热翅片12均匀安装在蒙皮换热器基板17上表面，换热翅片12走向与飞行器表面的气流方向平行；所述蒙皮换热器基板17具有一定厚度，内部均匀分布有流道19，用于填充冷却液；蒙皮换热器基板17设有进口接头13与出口接头14，对内分别与流道19两端连接，对外与待冷却电子设备3内置流道连接。
具体在，本实施例中，所述蒙皮换热器基板17开设有多个安装螺孔16，用于将蒙皮换热器1固定在飞行器蒙皮2上。
还包括，还包括蒙皮搭接台阶15与基板外暴露面18，设置于蒙皮换热器基板17上表面四周边缘，安装螺孔16均匀设置在蒙皮搭接台阶15上；基板外暴露面18为蒙皮外表面的一部分，用于保持蒙皮外形。
为了进一步的提供散热性能，所示蒙皮换热器基板17内为单层流道或多层流道；多层流道之间采用蛇形串联或并联构型。
实施例2
如图1、图4所示，本实施例提出了一种换热系统，在实施例1提供的小型蒙皮换热器基础上实现，包括待冷却电子设备3，所述待冷却电子设备3包括电子设备冷板32、电子设备主体结构31以及冷却附件结构33，所述电子设备冷板32内部设有流道，表面设有与流道连通的进口和出口；所述电子设备主体结构31安装在电子设备冷板32上方；所述冷却附件结构33包括液体膨胀器36、微泵38，所述微泵38的一端通管路39连接至电子设备冷板32的出口，另一端通过管路39连接至液体膨胀器36的一端，液体膨胀器36的另一端提供第一对外冷却接口35；所述冷却附件结构33还设有第二对外冷却接口34，所述第二对外冷却接口34对内与电子设备冷板32的入口连接；所述第一对外冷却接口35、第二对外冷却接口34分别通过连接管路连接至蒙皮换热器上的进口接头与出口接头，形成封闭的流体回路；所述流体回路中填充有冷却液。其中，液体膨胀器36用于调节由于环境温度变化下引起管路系统中冷却液的体积膨胀量或体积收缩量，最好采用微型液体膨胀器。
具体的，所述第一对外冷却接口35通过第一连接管路5连接进口接头13，第二对外冷却接口34通过第二连接管路4连接出口接头14，所述第一连接管路5与第二连接管路4为柔性或刚性管道。
在本实施例中，微泵38与液体膨胀器36连接的管路39上还设有过滤器37，用于冷却液的过滤。优选的，所述微泵38为齿轮泵或膜片泵。
在一个优选实施例中，所述冷却液为防冻液、乙二醇水溶液或氟碳化合物。
同时，在本实施例中，为了保证整个换热系统的正常工作，还提出了相应的冷却液填充方法，具体如下：
S1、通过真空泵将流体回路抽真空，其真空度不低于-0.098MPa(表压)；
S2：利用液体泵为流体回路加注冷却液，加注压力0.1MPa。
最后，再对本实施例提出的换热系统工作过程进行具体说明：
在微泵38的作用下，低温冷却液由第二对外冷却接口34进入电子设备冷板32，与电子设备主体结构31及元器件的工作废热进行热交换后温度升高，流经管路39后进入微泵38，冷却液被微泵38增压后依次流经过滤器37、液体膨胀器36，最后从第一对外冷却接口35排出，并经过第一连接管路5后从进口接头13进入蒙皮换热器1。冷却液在所述蒙皮换热器内部流道19内流动并将热量充分传导至换热翅片12，换热翅片12与外掠空气11进行充分热交换，热量最终通过外掠空气11排出，冷却液被降温；低温冷却液从出口接头14流出，经过第二连接管路4后从第二对外冷却接口34再次进入电子设备冷板32内部，如此循环往复以提供满足待冷却电子设备的散热需求的散热性能。
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种小型蒙皮换热器，其特征在于，设置于飞行器蒙皮表面，所述蒙皮换热器包括蒙皮换热器基板以及若干换热翅片，蒙皮换热器基板呈瓦片形状，曲率与飞行器蒙皮等同或渐变平滑过渡；换热翅片均匀安装在换热器基板上表面，换热翅片走向与飞行器表面的气流方向平行；所述蒙皮换热器基板具有一定厚度，内部均匀分布有流道，用于填充冷却液；蒙皮换热器基板设有进口接头与出口接头，对内分别与流道两端连接，对外与待冷却电子设备内置流道连接。
2.根据权利要求1所述的小型蒙皮换热器，其特征在于，所述蒙皮换热器基板开设有多个安装螺孔，用于将蒙皮换热器固定在飞行器蒙皮上。
3.根据权利要求1所述的小型蒙皮换热器，其特征在于，还包括蒙皮搭接台阶，设置于蒙皮换热器基板上表面四周边缘，安装螺孔均匀设置在蒙皮搭接台阶上。
4.根据权利要求1-2任一项所述的小型蒙皮换热器，其特征在于，蒙皮换热器基板内为单层流道或多层流道；多层流道之间采用蛇形串联或并联构型。
5.根据权利要求1所述的小型蒙皮换热器，其特征在于，所述小型蒙皮换热器采用层叠焊接或3D打印工艺制成。
6.一种换热系统，其特征在于，在权利要求1-5任一项所述的小型蒙皮换热器基础上实现，包括待冷却电子设备，所述待冷却电子设备包括电子设备冷板、电子设备主体结构以及冷却附件结构，所述电子设备冷板内部设有流道，表面设有与流道连通的进口和出口；所述电子设备主体结构安装在电子设备冷板上方；所述冷却附件结构包括液体膨胀器、微泵，所述微泵的一端通管路连接至电子设备冷板的出口，另一端通过管路连接至液体膨胀器的一端，液体膨胀器的另一端提供第一对外冷却接口；所述冷却附件结构还设有第二对外冷却接口，所述第二对外冷却接口对内与电子设备冷板的入口连接；所述第一对外冷却接口、第二对外冷却接口分别通过连接管路连接至蒙皮换热器上的进口接头与出口接头，形成封闭的流体回路；所述流体回路中填充有冷却液。
7.根据权利要求6所述的换热系统，其特征在于，所述微泵与液体膨胀器连接的管路上还设有过滤器。
8.根据权利要求6或7所述的换热系统，其特征在于，所述微泵为齿轮泵或膜片泵。
9.根据权利要求8所述的换热系统，其特征在于，第一对外冷却接口、第二对外冷却接口与进口接头与出口接头连接采用的连接管路为柔性或刚性管道。
10.根据权利要求6所述的换热系统，其特征在于，所述冷却液为防冻液、乙二醇水溶液或氟碳化合物。
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