CN218383755U - 一种双冷源机载相变蓄冷温控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双冷源机载相变蓄冷温控系统，包括第一供冷回路、第二供冷回路和制冷回路；制冷回路包括第一换热器、第二换热器、蓄冷换热器和冷却器，蓄冷换热器被配置为实现机载的第一负载的冷却，冷却器被配置为实现机载的第二负载的冷却，蓄冷换热器和冷却器并联设置，制冷回路为所述蓄冷换热器和/或冷却器输送第一载冷剂；第一供冷回路为基于飞机飞行时的冲压空气的供冷回路，第一供冷回路经第一换热器为所述制冷回路提供冷源；第二供冷回路为基于地面液冷源的供冷回路，第二供冷回路经第二换热器为所述制冷回路提供冷源。本实用新型系统基于第一供冷回路和第二供冷回路，实现了机载负载的持续有效制冷。

Description

一种双冷源机载相变蓄冷温控系统

技术领域

本实用新型属于机载高热流密度电子设备冷却领域，尤其涉及一种双冷源机载相变蓄冷温控系统。

背景技术

随着激光技术的迅猛发展，激光器性能在不断提升，同时其被广泛应用于国民经济的各个领域之中。越来越多的机动平台如飞机、汽车、轮船等对激光器提出了装配需求。在诸多平台中，飞机平台应用环境通常较为苛刻，对激光器的体积、重量、功耗提出了十分严格的限制。因此，如何解决机载激光器的高效散热具有重要的研究意义。

目前，电子设备普遍使用风冷，半导体制冷以及压缩机蒸发循环和液冷相结合的方式进行冷却。其中，风冷技术散热能力有限，适用于对温度控制要求不高、热流密度不大的低功耗电子器件，随着热负荷的增加，采用风冷技术的温控系统体积、规模、功耗显著增大；半导体制冷结构简单，控制灵活，控温精度高，但其制冷效率低，功耗高，制冷量随着冷、热端温差的增大而减小，不适用于环境温度变化范围大，体积、功耗限制严格的环境。传统的实时液冷系统，通常采用压缩机蒸发循环结合液体冷却，其装置体积和重量规模较大，功耗较高，然而机载空间有限，压缩机蒸发制冷量有限，无法满足激光器的间歇式大热负荷的冷却工作，不利于机载应用。

已有部分专利提出了机载平台的激光器温控方法，专利ZL201721063995.1提出了一种机载涡轮间歇蓄冷式激光武器喷雾冷却系统，主要特点是使用涡轮作为制冷器件和动力源，该方案中冷源完全由涡轮提供，增加了飞机原有涡轮制冷系统的负荷，对于飞机的长期稳定运行不利。专利ZL201811175206.2提出了一种使用模块化相变材料换热器储能和使用冲压空气及机载燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统，其中的模块化相变材料交替取释热释放冷量，可保证系统稳定运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了克服现有技术问题，提供了一种双冷源机载相变蓄冷温控系统，本实用新型温控系统在空中时第一供冷回路基于冲压空气为制冷回路供冷，在地面时第二供冷回路基于地面冷源为制冷回路供冷，从而实现机载负载的持续有效制冷，减小了机载激光器控温系统的体积和重量，推动相变储能及高效换热技术在机载设备领域的应用。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种双冷源机载相变蓄冷温控系统，所述双冷源机载相变蓄冷温控系统包括第一供冷回路、第二供冷回路和制冷回路；

所述制冷回路包括第一换热器、第二换热器、蓄冷换热器和冷却器，其中，所述蓄冷换热器被配置为实现机载的第一负载的冷却，冷却器被配置为实现机载的第二负载的冷却，所述蓄冷换热器和冷却器并联设置，所述制冷回路为所述蓄冷换热器和/或冷却器输送第一载冷剂；

所述第一供冷回路为基于飞机飞行时的冲压空气的供冷回路，所述第一供冷回路经第一换热器为所述制冷回路提供冷源；

所述第二供冷回路为基于地面液冷源的供冷回路，所述第二供冷回路经第二换热器为所述制冷回路提供冷源。

根据一个优选的实施方式，所述制冷回路还包括：膨胀罐、循环泵、加热器和流量计；所述循环泵出口与过滤器入口相连，过滤器出口与加热器入口相连，加热器出口与流量计入口相连，流量计出口分别与第一电动开关阀的入口和第二电动开关阀的入口相连，第一电动开关阀的出口与蓄冷换热器的入口相连，第二电动开关阀的出口与冷却器的入口相连，蓄冷换热器的出口、冷却器的出口分别与第二换热器的第一载冷剂入口相连，第二换热器的第一载冷剂出口与第一换热器的载冷剂入口相连，第一换热器的载冷剂出口和循环泵相连。

根据一个优选的实施方式，所述加热器出口与流量计入之间安装有第一压力传感器和第一温度传感器。

根据一个优选的实施方式，蓄冷换热器的出口、冷却器的出口与第二换热器的第一载冷剂入口之间安装有第二压力传感器和第二温度传感器。

根据一个优选的实施方式，第一换热器的载冷剂出口和循环泵之间安装有膨胀罐。

根据一个优选的实施方式，所述蓄冷换热器内设有相变蓄冷材料，所述相变蓄冷材料释放冷量后状态为液态，蓄冷后状态为固态。

根据一个优选的实施方式，所述第一供冷回路包括：冷凝器、压缩器、节流元件和第一换热器；所述压缩机的出口与冷凝器的入口相连、冷凝器的出口与节流元件的入口相连、节流元件的出口与第一换热器的制冷剂入口相连，第一换热器的制冷剂出口与压缩机的入口相连；且所述冷凝器基于采集的冲压空气完成回路内制冷剂的冷却。

根据一个优选的实施方式，所述制冷剂为R22、R134a

根据一个优选的实施方式，所述第二供冷回路包括：地面液冷源和第二换热器；所述第二换热器的第二载冷剂入口与地面液冷源的出口连接，地面液冷源的入口与第二换热器的第二载冷剂出口连接。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本实用新型的有益效果：本实用新型温控系统通过地面冷源完成蓄冷器快速蓄冷，机上采用压缩制冷系统实时补充冷量，对蓄冷器状态进行维持，同时兼顾激光器工作期间其他实时工作热负载的温控需求，机上冲压空气为压缩制冷系统的冷凝器散热。本实用新型有助于减小机载激光器控温系统的体积和重量，推动相变储能及高效换热技术在机载设备领域的应用。

附图说明

图1是本实用新型双冷源机载相变蓄冷温控系统的原理结构示意图；

其中，101-冷凝器，102-压缩机，103-节流元件，104-第一换热器，105-膨胀罐，106-循环泵，107-过滤器，108-加热器，109-第一压力传感器，110-第一温度传感器，111-流量计，112-第一电动开关阀，113-蓄冷换热器，114-第二电动开关阀，115-冷却器，116-第二压力传感器，117-第二温度传感器，118-第二换热器，119-地面液冷源。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型要指出的是，本实用新型中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本实用新型涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1所示，图中示出了一种双冷源机载相变蓄冷温控系统，所述双冷源机载相变蓄冷温控系统包括第一供冷回路、第二供冷回路和制冷回路。

制冷回路包括第一换热器104、第二换热器118、蓄冷换热器113和冷却器115，其中，所述蓄冷换热器113被配置为实现机载的第一负载的冷却，冷却器115被配置为实现机载的第二负载的冷却，所述蓄冷换热器113和冷却器115并联设置，所述制冷回路为所述蓄冷换热器113和/或冷却器115输送第一载冷剂。

第一供冷回路为基于飞机飞行时的冲压空气的供冷回路，所述第一供冷回路经第一换热器104为所述制冷回路提供冷源。

第二供冷回路为基于地面液冷源119的供冷回路，所述第二供冷回路经第二换热器118为所述制冷回路提供冷源。

优选地，所述制冷回路还包括：膨胀罐105、循环泵106、加热器108和流量计111。所述循环泵106出口与过滤器107入口相连，过滤器107出口与加热器108入口相连，加热器108出口与流量计111入口相连，流量计111出口分别与第一电动开关阀112的入口和第二电动开关阀114的入口相连，第一电动开关阀112的出口与蓄冷换热器113的入口相连，第二电动开关阀114的出口与冷却器115的入口相连，蓄冷换热器113的出口、冷却器115的出口分别与第二换热器118的第一载冷剂入口相连，第二换热器118的第一载冷剂出口与第一换热器104的载冷剂入口相连，第一换热器104的载冷剂出口和循环泵106相连。

进一步地，所述加热器108出口与流量计111入之间安装有第一压力传感器109和第一温度传感器110。

进一步地，冷换热器113的出口、冷却器115的出口与第二换热器118的第一载冷剂入口之间安装有第二压力传感器116和第二温度传感器117。

进一步地，第一换热器104的载冷剂出口和循环泵106之间安装有膨胀罐105。

优选地，所述蓄冷换热器113内设有相变蓄冷材料，所述相变蓄冷材料释放冷量后状态为液态，蓄冷后状态为固态。

优选地，第一供冷回路包括：冷凝器101、压缩器、节流元件103和第一换热器104；所述压缩机102的出口与冷凝器101的入口相连、冷凝器101的出口与节流元件103的入口相连、节流元件103的出口与第一换热器104的制冷剂入口相连，第一换热器104的制冷剂出口与压缩机102的入口相连；且所述冷凝器101基于采集的冲压空气完成回路内制冷剂的冷却。优选地，所述制冷剂可以为R22、R134a。

第一供冷回路中制冷剂循环过程：低温低压的制冷剂蒸汽经过压缩机102压缩成高温高压的制冷剂蒸汽，制冷剂在冷凝器101中与冲压空气换热冷凝成高温高压的制冷剂液体，制冷剂经过节流元件103成为低温低压的气液两相制冷剂，制冷剂在第一换热器104中与载冷剂换热后成为低温低压的制冷剂蒸汽，进入压缩机102入口完成制冷剂循环。

第一供冷回路中冲压空气换热过程：外界低温冲压空气经冲压空气入口进入冷凝器101中，在冷凝器101中将冷量传递至冷凝器101，冲压空气经过冷凝器101后温度升高变成热空气，热空气流入外界环境。

优选地，所述第二供冷回路包括：地面液冷源119和第二换热器118；所述第二换热器118的第二载冷剂入口与地面液冷源119的出口连接，地面液冷源119的入口与第二换热器118的第二载冷剂出口连接。

第二供冷回路换热过程：地面液冷源119内的第二低温载冷剂循环进入第二换热器118中，在第二换热器118中其内的第一载冷剂进行换热，低温第二载冷剂经过第二换热器118后温度升高变成高温第二载冷剂，进入地面液冷源119完成循环。

冷凝器115实时冷却及蓄冷换热器113相变材料蓄冷过程：

在地面工作时，无法使用冲压空气，开启地面液冷源119，地面液冷源119与第二换热器118进行换热，开启循环泵106、第一电动开关阀112，关闭第二电动开关阀114，第一载冷剂在第二换热器118处被冷却后进入蓄冷换热器113进行蓄冷，蓄冷器内相变材料由液态变成固态。蓄冷完成后，开启第二电动开关阀114，关闭第一电动开关阀112，第一载冷剂在第二换热器118处被冷却后进入加热器108加热，再进入冷却器115，可实现对第二负载的精密温控。当第一负载201表面需要被冷却时，通过消耗蓄冷换热器113的蓄冷量可实现对第一负载的冷却，当第二负载202表面需要被冷却时，可通过循环泵106实时提供的第一载冷剂实现对第二负载202的温控。当蓄冷换热器113内的相变材料全部变成液态后，再一次开启第一电动开关阀112，关闭第二电动开关阀114，对蓄冷换热器113进行蓄冷，直至蓄冷器内相变材料由液态变成固态。

飞行前，将地面液冷源119与第二换热器118断开连接。

飞行时，使用冲压空气作为冷源，开启压缩机102，制冷剂与第一载冷剂在第一换热器104处进行换热，开启循环泵106、第一电动开关阀112，关闭第二电动开关阀114，第一载冷剂在第一换热器104处被冷却后进入蓄冷换热器113进行蓄冷，蓄冷器内相变材料由液态变成固态。蓄冷完成后，开启第二电动开关阀114，关闭第一电动开关阀112，第一载冷剂在第一换热器104处被冷却后进入加热器108加热，再进入冷却器115，可实现对第二负载的精密温控。当第一负载表面需要被冷却时，通过消耗蓄冷换热器113的蓄冷量可实现对第一负载的冷却，当第二负载表面需要被冷却时，可通过循环泵106实时提供的第一载冷剂实现对第二负载的温控。当蓄冷换热器113内的相变材料全部变成液态后，再一次开启第一电动开关阀112，关闭第二电动开关阀114，对蓄冷换热器113进行蓄冷，直至蓄冷器内相变材料由液态变成固态。

使用本实用新型双冷源机载相变蓄冷温控系统，通过蓄冷换热器113或冷却器115对激光器进行冷却，无腐蚀污染。

引入地面液冷源119可在无法使用冲压空气时实现对蓄冷换热器113的快速蓄冷及对冷却器115进行实时散热，在飞机起飞后利用冲压空气对第一供冷回路的冷凝器101进行散热，可以实时补充蓄冷器113的漏热，也可切换到对冷却器115进行散热。

由于地面液冷源119的引入，可在地面使用制冷量较大的液冷源用于快速蓄冷，飞机上装载制冷量较小的液冷源用于抵消漏热补充冷量以及冷却器115实时散热，同等热耗规模下可降低机上热控装置的体积、重量和功耗。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，所述双冷源机载相变蓄冷温控系统包括第一供冷回路、第二供冷回路和制冷回路；

所述制冷回路包括第一换热器(104)、第二换热器(118)、蓄冷换热器(113)和冷却器(115)，其中，所述蓄冷换热器(113)被配置为实现机载的第一负载(201)的冷却，冷却器(115)被配置为实现机载的第二负载(202)的冷却，所述蓄冷换热器(113)和冷却器(115)并联设置，所述制冷回路为所述蓄冷换热器(113)和/或冷却器(115)输送第一载冷剂；

所述第一供冷回路为基于飞机飞行时的冲压空气的供冷回路，所述第一供冷回路经第一换热器(104)为所述制冷回路提供冷源；

所述第二供冷回路为基于地面液冷源(119)的供冷回路，所述第二供冷回路经第二换热器(118)为所述制冷回路提供冷源。

2.如权利要求1所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，所述制冷回路还包括：膨胀罐(105)、循环泵(106)、加热器(108)和流量计(111)；

所述循环泵(106)出口与过滤器(107)入口相连，过滤器(107)出口与加热器(108)入口相连，加热器(108)出口与流量计(111)入口相连，

流量计(111)出口分别与第一电动开关阀(112)的入口和第二电动开关阀(114)的入口相连，第一电动开关阀(112)的出口与蓄冷换热器(113)的入口相连，第二电动开关阀(114)的出口与冷却器(115)的入口相连，

蓄冷换热器(113)的出口、冷却器(115)的出口分别与第二换热器(118)的第一载冷剂入口相连，第二换热器(118)的第一载冷剂出口与第一换热器(104)的载冷剂入口相连，第一换热器(104)的载冷剂出口和循环泵(106)相连。

3.如权利要求2所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，所述加热器(108)出口与流量计(111)入口之间安装有第一压力传感器(109)和第一温度传感器(110)。

4.如权利要求2所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，蓄冷换热器(113)的出口、冷却器(115)的出口与第二换热器(118)的第一载冷剂入口之间安装有第二压力传感器(116)和第二温度传感器(117)。

5.如权利要求2所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，第一换热器(104)的载冷剂出口和循环泵(106)之间安装有膨胀罐(105)。

6.如权利要求2所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，所述蓄冷换热器(113)内设有相变蓄冷材料，所述相变蓄冷材料释放冷量后状态为液态，蓄冷后状态为固态。

7.如权利要求1所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，所述第一供冷回路包括：冷凝器(101)、压缩机(102)、节流元件(103)和第一换热器(104)；

所述压缩机(102)的出口与冷凝器(101)的入口相连、冷凝器(101)的出口与节流元件(103)的入口相连、节流元件(103)的出口与第一换热器(104)的制冷剂入口相连，第一换热器(104)的制冷剂出口与压缩机(102)的入口相连；

且所述冷凝器(101)基于采集的冲压空气完成回路内制冷剂的冷却。

8.如权利要求7所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，所述制冷剂为R22、R134a。

9.如权利要求1所述的双冷源机载相变蓄冷温控系统，其特征在于，所述第二供冷回路包括：地面液冷源(119)和第二换热器(118)；

所述第二换热器(118)的第二载冷剂入口与地面液冷源(119)的出口连接，地面液冷源(119)的入口与第二换热器(118)的第二载冷剂出口连接。

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