JP5208817B2

JP5208817B2 - 飛行体の冷却システム

Info

Publication number: JP5208817B2
Application number: JP2009056928A
Authority: JP
Inventors: 健次大久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010208488A

Description

この発明は、例えば航空機、飛行船等の飛行体に係り、特に、その冷却システムに関する。

一般に、飛行体には、空中線や送受信機等の多数の電子機器が搭載され、この電子機器を送風機や熱交換器等の冷却装置を用いて熱制御することにより、電子機器の性能を維持する冷却システムが構築されている。ところで、このような飛行体の冷却システムにあっては、飛行体に搭載する電子機器の高能力化により、その発熱量が増加されている一方で、飛行体における電子機器の搭載空間の制約が更に厳しくなってきていることで、飛行体の分野における重要な課題の一つとなっている。

例えば従来、飛行体に搭載する空中線は、飛行体本体に搭載して、送風機、熱交換器を備えた冷却装置を組付けて、この冷却装置を駆動制御して空中線を熱制御する方法が採られている。

このような飛行体に搭載される冷却システムとしては、例えば冷却用ファンを備えた空冷器材を用いる空冷方式（例えば、非特許文献１参照）、作動媒体が循環供給される熱交換器を用いて器材を熱制御する液冷方式（例えば、非特許文献２参照）のものが知られている。

また、最近、飛行体に搭載される空中線の分野では、飛行体本体の外壁に直接的に配置して使用に供する構成のものが研究されている。このような空中線は、特に、飛行体本体の外形形状が、飛行性能との関係から制約を受けることで、小形・薄形化が図られているために、高発熱密度な構成となることにより、その熱制御が重要な課題であると考えられている。

「最新版電子装置の冷却技術実用マニュアル」（日本技術経済センター刊）著者：ＤＡＶＥＳ．ＳＴＥＩＮＢＥＲＧ監修：大島耕一松下正「電子通信装置の機械設計」（森北出版株式会社刊）著者：窪田雅男鵜沢高吉

しかしながら、上記飛行体の冷却システムでは、いずれの方式も冷却用ファンや熱交換器等の駆動源を備えなければならない構成上、その構成が複雑となるうえ、大形となり、重量が嵩むために、その設計を含む取付け配置の自由度が劣るという問題を有する。

係る熱制御の事情は、特に、最近研究されている飛行体本体の外壁に配する空中線方式の場合、その構成上、高発熱密度となることで重大な課題となる。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、設計を含む取付け配置の自由度の向上を図り得、且つ、高効率な熱制御を実現し得るようにした飛行体の冷却システムを提供することを目的とする。

この発明は、飛行体本体の与圧室外に配置されて使用に供される電子機器と、一端部が前記飛行体本体の与圧室内に開放され、他端部が前記与圧室外に開放されると共に、その与圧室外側における中間路内に前記電子機器の放熱面が収容されて配置されるものであって、前記一端部から与圧室内の空気が流入されて前記他端部に流動して与圧室外に排気され、前記電子機器を冷却する空気路とを備えて飛行体の冷却システムを構成した。

上記構成によれば、与圧室内の空気は、与圧室外との圧力差により空気路を通り与圧室外に流動され、与圧室外の周囲温度により冷却されて電子機器の放熱面に吹付けられ、電子機器の放熱面に発熱部から熱移送された熱を排熱する。

これにより、送風機等の送風源及び熱交換器を備えることなく、電子機器の高効率な冷却が実現されると共に、小形・軽量化の促進を図ることが可能となり、構成部品の軽減が図れて、その設計を含む取付け配置の自由度の向上を図ることができる。

以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、設計を含む取付け配置の自由度の向上を図り得、且つ、高効率な熱制御を実現し得るようにした飛行体の冷却システムを提供することができる。

この発明の一実施の形態に係る飛行体の冷却システムの構成を説明するために示した断面図である。図１の空中線を飛行体本体の外壁に取付け配置した状態を示した斜視図である。図１の飛行体本体の内壁側にヒートシンクを空中線に対応して熱的に結合させて配置した状態を示した斜視図である。図１の空中線の飛行体本体の内壁側にヒートシンクを覆うようにダクト部材を取付けた状態を示した斜視図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態に係る飛行体の冷却システムを示すもので、飛行体本体１０は、搭乗員の搭乗する与圧室１０１と隔壁１０３で仕切られた与圧室外１０２で構成されている。

このうち与圧室１０１は、飛行体本体１０の飛行状態において、例えば室温が約２０℃に保たれ、気圧が約０．６ａｔｍに保たれた快適な環境が維持される。他方の与圧室外１０２は、各種の器材等が収容配置され、飛行体本体１０の飛行状態において、上記与圧室１０１と異なり、その外部環境と略同様の例えば温度が約−５４℃、気圧が約０．１ａｔｍ程度の環境となる。

上記飛行体本体１０の外壁には、電子機器である空中線１１が例えば与圧室外１０２に対応して設置され（図２参照）、この空中線１１は、例えば与圧室１０１内に配される図示しない内部機器に電気的に接続される。この空中線１１は、飛行体本体１０の飛行に影響を及ぼさないように薄型の外壁形状に形成され、例えばその飛行状態において、所望のレーダー空間における目標の探知に供される。

空中線１１は、例えば背面側に放熱面が設けられ、この放熱面が、例えば飛行体本体１０の外壁に熱的に接続されて配置される。そして、この空中線１１の放熱面が熱的に結合された飛行体本体１０の内壁には、図３に示すようにヒートシンク１２が熱的に結合されて取付けられる。これにより、ヒートシンク１２は、空中線１１の放熱面に対して飛行体本体１０の壁面を挟んで熱的に結合される。

ヒートシンク１２は、例えばピン形状の複数の放熱フィン１２１が所定の間隔を有して直並列状に立設され（図３参照）、この複数の放熱フィン１２１には、空中線１１の熱が放熱面から飛行体本体１０の壁面を通って熱伝導される。このヒートシンク１２としては、ピン形状の放熱フィン１２１を備えたものに限るものでなく、その他、各種形状のものを用いて構成することが可能である。

そして、このヒートシンク１２は、図４に示すように空気路を構成するダクト部材１３の中間部に内装される如く該ダクト部材１３内に収容配置される。このダクト部材１３は、一端部が与圧室外１０２において排気可能に開口されて空気排出可能に開放され、その一端部が上記隔壁１０３を挿通されて与圧室１０１内まで配管されて（図１参照）、該与圧室１０１内に空気取入可能に開口されて出入り可能に開放される。これにより、ダクト部材１３は、飛行体本体１０の飛行状態において、与圧室１０１と与圧室外１０２との間の圧力差により、与圧室１０１の空気が与圧室外１０２方向に流れ出て、その他端部から与圧室外１０２に排気される。

即ち、飛行体本体１０は、その飛行時、与圧室１０１の気圧、例えば０．６ａｔｍと、与圧室外１０２の気圧、例えば０．１ａｔｍと、与圧室１０１と与圧室外１０２に圧力差が生じ、その圧力差により与圧室１０１内の空気が、ダクト部材１３を通ってヒートシンク１２方向に所定の流速で流動される。この際、ダクト部材１３内を流動する空気は、与圧室１０１の温度、例えば２０℃から与圧室外１０２の温度、例えば−５４℃の温度により冷却されてヒートシンク１２の放熱フィン１２１に吹付けられ、ダクト部材１３の一端部から与圧室外１０２に排出される。

上記構成において、空中線１１が駆動されると共に、飛行体本体１０が飛行されると、空中線１１が発熱されて、その熱が放熱面から飛行体本体１０の壁面を通ってヒートシンク１２に熱移送される。

同時に、ダクト部材１３には、上述したように与圧室１０１と、与圧室外１０２とに圧力差が発生することで、与圧室１０１内の空気がヒートシンク方向に所定の流速で流れて与圧室外１０２に排出される。この空気は、ダクト部材１３内を流動して与圧室外１０２から排出されるまでの間に、ダクト部材１３の周囲の与圧室外１０２の非常に冷たい外気により冷却された後、ヒートシンク１２に吹付けられる。これにより、ヒートシンク１２の放熱フィン１２１に熱移送された空中線１１からの熱は、与圧室外１０２に効率的よく排熱されて、空中線１１が所望の温度に熱制御される。

このように、上記飛行体の冷却システムは、飛行体本体１０の外壁に空中線１１を配置して、飛行体本体１０の与圧室１０１と与圧室外１０２とをダクト部材１３を介して連通させ、与圧室１０１と与圧室外１０２との圧力差を利用して与圧室１０１内の空気を与圧室外１０２に流動させると共に、与圧室外１０２の周囲温度で冷却させて、空中線１１の放熱面に熱的に結合させたヒートシンク１２に吹付けて空中線１１の熱制御を行うように構成した。

これによれば、与圧室１０１内の空気が、該与圧室１０１と与圧室外１０２との圧力差によりダクト部材１３を流れて与圧室外１０２に流動されると共に、その流動途中で与圧室外１０２の冷えた周囲温度により、冷却された後、ヒートシンク１２の放熱フィン１２１に吹付けられ、空中線１１の熱制御が行われる。これにより、送風機等の送風源及び熱交換器等の冷却源を備えることなく、空中線１１の高効率な熱制御が実現されると共に、小形・軽量化の促進を図ることができるため、構成部品の軽減が図れ、その設計を含む取付け配置の自由度の向上を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、ヒートシンク１２を空中線１１の放熱面が熱的に結合された飛行体本体１０の内壁に設けて熱制御するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、ヒートシンク１２を設けないで、空中線１１の放熱面が熱的に結合された飛行体本体１０の内壁に対して直接的に空気を吹付けて熱制御するように構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。

また、上記実施の形態では、飛行体本体１０の外壁に配する空中線１１に適用した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、例えば飛行体本体１０の与圧室外１０２に収容配置される送受信機等の各種の電子機器の冷却構造に適用することも可能で、同様に有効な効果が期待される。

よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…飛行体本体、１０１…与圧室、１０２…与圧室外、１０３…隔壁、１１…空中線、１２…ヒートシンク、１２１…放熱フィン、１３…ダクト部材。

Claims

飛行体本体の与圧室外に配置されて使用に供される電子機器と、
一端部が前記飛行体本体の与圧室内に開放され、他端部が前記与圧室外に開放されると共に、その与圧室外側における中間路内に前記電子機器の放熱面が収容されて配置されるものであって、前記一端部から与圧室内の空気が流入されて前記他端部に流動して与圧室外に排気され、前記電子機器を冷却する空気路と、
を具備することを特徴とする飛行体の冷却システム。
前記電子機器の放熱面には、ヒートシンクが熱的に結合されて設けられることを特徴とする請求項１記載の飛行体の冷却システム。
前記電子機器は、前記飛行体本体の外壁に配置される空中線であり、背面に前記飛行体本体の外壁に熱的に結合される放熱面が設けられることを特徴とする請求項１記載の飛行体の冷却システム。
前記飛行体本体の内壁には、前記空中線の放熱面に熱的に結合されるヒートシンクが設けられることを特徴とする請求項３記載の飛行体の冷却システム。