一种使用模块化相变材料换热器储能和使用冲压空气及燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统技术方案

本发明专利技术公开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燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统，属于机载高热流密度设备冷却领域。本发明专利技术主要解决机载冷源无法直接使用时的雷达芯片和激光武器等高热流密度表面的持续散热问题。本发明专利技术使用喷雾冷却方式冷却高热量密度表面，使用冲压空气作为主要冷源，使用机载燃油作为辅助冷源，根据飞机飞行时可否使用冲压空气选择冷源组合方式；以相变材料作为中间储能介质，且使用模块化相变材料换热器，确保每个换热器模块循环储能和放能。较之于以往的机载喷雾冷却系统，本系统实现了模块化相变材料换热器的交替取热释放冷量，可以长时间提供低温冷却水供喷雾冷却系统使用，满足机载复杂环境下的冷却需求。

【技术实现步骤摘要】
一种使用模块化相变材料换热器储能和使用冲压空气及燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统
本专利技术涉及一种使用模块化相变材料换热器储能和使用冲压空气及燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统，属于机载高热流密度电子设备冷却领域。
技术介绍
随着机载雷达技术的飞速发展，功放芯片已从硅芯片、GaAs芯片发展到了第3代半导体GaN芯片。美国海军和空军的若干项目显示，在研的GaN芯片热流密度已达500W/cm2，未来芯片的热流密度将超过1000W/cm2。同时随着对军用飞机机动性能、隐身性能、防御性能要求的不断提高，高功率激光技术、电子元器件高度集成与微型化等技术得以迅速发展。激光武器在发射瞬间几秒内会产生兆瓦级的热量，导致其表面产生数百甚至数千W/cm2的热流密度。如果不采取有效措施降低雷达芯片和激光武器表面温度，轻则大大降低其工作效率，重则烧毁电子器件，影响飞行安全。因此，如何高效安全地解决雷达芯片及机载设备的快速散热问题具有重要的研究意义。常规的风冷和水冷方式换热能力已达到极限，无法满足日益提高的电子设备的散热需求。喷雾冷却是将冷却介质通过雾化分解为无数的离散型小液滴，喷淋到加热表面上通过单相换热和两相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用模块化相变材料换热器储能和使用冲压空气及燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统，其特征在于包括流量计(1)、第一截止阀(2‑1)、第二截止阀(2‑2)、第三截止阀(2‑3)、第四截止阀(2‑4)、第五截止阀(2‑5)、第六截止阀(2‑6)、第七截止阀(2‑7)、流量调节阀(3)、第一水泵(4‑1)、第二水泵(4‑2)、第一喷嘴(5‑1)、第二喷嘴(5‑2)、第三喷嘴(5‑3)、第四喷嘴(5‑4)、第五喷嘴(5‑5)、待冷却表面(6)、喷雾室(7)、相变材料换热器(8)、第一换热器(9‑1)、第二换热器(9‑2)、第三换热器(9‑3)、油量调节阀(10)、油箱(11)、热管(12)、冲压空气...

【技术特征摘要】
1.一种使用模块化相变材料换热器储能和使用冲压空气及燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统，其特征在于包括流量计(1)、第一截止阀(2-1)、第二截止阀(2-2)、第三截止阀(2-3)、第四截止阀(2-4)、第五截止阀(2-5)、第六截止阀(2-6)、第七截止阀(2-7)、流量调节阀(3)、第一水泵(4-1)、第二水泵(4-2)、第一喷嘴(5-1)、第二喷嘴(5-2)、第三喷嘴(5-3)、第四喷嘴(5-4)、第五喷嘴(5-5)、待冷却表面(6)、喷雾室(7)、相变材料换热器(8)、第一换热器(9-1)、第二换热器(9-2)、第三换热器(9-3)、油量调节阀(10)、油箱(11)、热管(12)、冲压空气入口(13)、水箱(15)；其中，相变材料换热器(8)包括第一相变材料换热模块(8-1)、第二相变材料换热模块(8-2)、第三相变材料换热模块(8-3)、第四相变材料换热模块(8-4)、第五相变材料换热模块(8-5)、第六相变材料换热模块(8-6)，相变材料换热模块具有制冷剂入口、制冷剂出口、冷水入口、冷水出口；相变材料换热器(8)具有第一制冷剂入口(14-1)、第二制冷剂入口(14-2)、制冷剂出口(14-3)、第一冷水入口(14-5)、第二冷水入口(14-6)、冷水出口(14-4)；第一换热器(9-1)具有制冷剂入口、制冷剂出口、油入口、油出口；第二换热器(9-2)具有制冷剂入口、制冷剂出口、热管接口；第三换热器(9-3)具有冷气入口、冷气出口、热管接口；油箱(11)具有油入口、油出口；水箱(15)的出口与第一水泵(4-1)的入口相连，第一水泵(4-1)的出口与流量调节阀(3)的入口相连，流量调节阀(3)的出口与第一截止阀(2-1)的入口相连，第一截止阀(2-1)的出口与流量计(1)的入口相连，流量计(1)的出口经喷雾室(7)的入口与第一喷嘴(5-1)的入口、第二喷嘴(5-2)的入口、第三喷嘴(5-3)的入口、第四喷嘴(5-4)的入口、第五喷嘴(5-5)的入口相连，第一喷嘴(5-1)的出口、第二喷嘴(5-2)的出口、第三喷嘴(5-3)的出口、第四喷嘴(5-4)的出口、第五喷嘴(5-5)的出口位于待冷却表面(6)的左侧方，喷雾室(7)的出口分别与第六截止阀(2-6)的入口和第七截止阀(2-7)的入口相连，第六截止阀(2-6)的出口与相变材料换热器(8)的第一冷水入口(14-5)相连，相变材料换热器(8)的第一冷水入口(14-5)与第一相变材料换热模块(8-1)的冷水入口、第三相变材料换热模块(8-3)的冷水入口、第五相变材料换热模块(8-5)的冷水入口相连，第七截止阀(2-7)的出口与相变材料换热器(8)的第二冷水入口(14-6)相连，相变材料换热器(8)的第二冷水入口(14-6)与第二相变材料换热模块(8-2)的冷水入口、第四相变材料换热模块(8-4)的冷水入口、第六相变材料换热模块(8-6)的冷水入口相连，第一相变材料换热模块(8-1)的冷水出口、第二相变材料换热模块(8-2)的冷水出口、第三相变材料换热模块(8-3)的冷水出口、第四相变材料换热模块(8-4)的冷水出口、第五相变材料换热模块(8-5)的冷水出口、第六相变材料换热模块(8-6)的冷水出口与相变材料换热器(8)的冷水出口(14-4)相连，相变材料换热器(8)的冷水出口(14-4)与水箱(15)的入口相连；第二截止阀(2-2)的出口与相变材料换热器(8)的第二制冷剂入口(14-2)相连，相变材料换热器(8)的第二制冷剂入口(14-2)与第二相变材料换热模块(8-2)的制冷剂入口、第四相变材料换热模块(8-4)的制冷剂入口、第六相变材料换热模块(8-6)的制冷剂入口相连，第三截止阀(2-3)的出口与相变材料换热器(8)的第一制冷剂入口(14-1)相连，相变材料换热器(8)的第一制冷剂入口(14-1)与第一相变材料换热模块(8-1)的制冷剂入口、第三相变材料换热模块(8-3)的制冷剂入口、第五相变材料换热模块(8-5)的制冷剂入口相连，第一相变材料换热模块(8-1)的制冷剂出口、第二相变材料换热模块(8-2)的制冷剂出口、第三相变材料换热模块(8-3)的制冷剂出口、第四相变材料换热模块(8-4)的制冷剂出口、第五相变材料换热模块(8-5)的制冷剂出口、第六相变材料换热模块(8-6)的制冷剂出口与相变材料换热器(8)的制冷剂出口(14-3)相连，相变材料换热器(8)的制冷剂出口(14-3)分别与第五截止阀(2-5)的入口和第四截止阀(2-4)的入口相连，第五截止阀(2-5)的出口与第一换热器(9-1)的制冷剂入口相连，第四截止阀(2-4)的出口与第二换热器(9-2)的制冷剂入口相连，第一换热器(9-1)的制冷剂出口分别与第二截止阀(2-2)的入口和第三截止阀(2-3)的入口相连，第二换热器(9-2)的制冷剂出口分别与第二截止阀(2-2)的入口和第三截止阀(2-3)的入口相连；第一换热器(9-1)的油出口与第二水泵(4-2)的入口相连，第二水泵(4-2)的出口与油箱(11)的油入口相连，油箱(11)的油出口与油量调节阀(10)的入口相连，油量调节阀(10)的出口与第一换热器(9-1)的油入口相连；第二换热器(9-2)的热管接口与第三换热器(9-3)的热管接口通过热管(12)相连；冲压空气入口(13)与第三换热器(9-3)的冷气入口相连，第三换热器(9-3)的冷气出口与外界环境相连。2.根据权利要求1所述的一种使用模块化相变材料换热器储能和使用冲压空气及燃油作为冷源的机载喷雾冷却系统，其特征在于包括以下过程：冲压空气换热过程：外界低温冲压空气经冲压空气入口(13)进入第三换热器(9-3)中，在第三换热器(9-3)中将冷量传递至热管(12)，冲压空气经第三换热器(9-3)后温度升高变成热空气，热空气流入外界环境；机载燃油换热过程：油箱(11)内低温燃油经油量调节阀(10)进入第一换热器(9-1)中，在第一换热器(9-1)中与制冷剂换热，低温燃油经第一换热器(9-1)后温度升高变成高温燃油，高温燃油流入油箱(11)完成循环；制冷剂循环过程：当飞行状态允许正常使用冲压空气时，关闭第五截止阀(2-5)，开启第四截止阀(2-4)，制冷剂在第二换热器(9-2)中与热管(12)传递的冷量换热，换热完成后制冷剂经第二换热器(9-2)进入相变材料换热器(8)中，在相变材料换热器(8)中与相变材料换热，换热完成后制冷剂进入第二换热器(9-2)完成循环；当飞行状态不允许正常使用冲压空...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑜，邱兰兰，刘金祥，朱洁茹，许鑫洁，牛晓峰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32