一种螺旋式热防护结构制造技术

本发明专利技术涉及一种螺旋式热防护结构，包括双螺旋水冷通道、包覆通道与隔热层；所述双螺旋水冷通道至少包括外壳、内壳及螺旋隔板，外壳与内壳为圆筒结构，中间形成夹层，夹层内布置有螺旋隔板，分隔出多个螺旋流体通道；所述包覆通道的截面为矩形流体通道，位于夹层的一端；所述隔热层位于双螺旋水冷通道外壳的外侧。采用本发明专利技术的结构，流体以螺旋形式在夹层流动，通过包覆通道后以相同螺旋方式反向流动，可实现入口与出口在双螺旋水冷通道的同侧布置。本发明专利技术的结构可有效降低径向传入的热流量，达到稳定的热防护效果。达到稳定的热防护效果。达到稳定的热防护效果。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋式热防护结构


[0001]本专利技术涉及热防护领域，特别适用于需要在高温环境下保持工作温度的系统。

技术介绍

[0002]在航天、石油开采系统等应用中，电子设备通常要在高温恶劣的环境下工作。电子设备具有能够承受的临界温度，超过临界温度可能会导致电子设备失效甚至损坏，将造成极大的损失和安全隐患。因此，对电子设备进行热防护有利于提高电子设备在高温环境的工作可靠性与稳定性，延长设备的使用寿命，同时也能大大减少安全隐患。目前的热防护主要分为被动式热防护与主动式热防护，被动式热防护通常使用低导热系数的隔热材料，或是利用相变材料，依靠材料自身的低导热系数等特性阻碍热量的传递。主动式热防护通过主动消耗其他能量来带走热量从而起到热防护效果。然而，在高温恶劣环境下，被动式热防护的热防护性能会随着热防护层的温度升高而逐渐降低，在一定的工作时间后将失去热防护的效果。而主动式热防护由于循环工质通常没有隔热工质那样优异的热防护性能，可能会导致系统热负荷较大，会对循环系统提出较高要求。因此，通过将主动式与被动式热防护结合，利用被动式热防护降低主动式热防护的热负荷，利用主动式热防护维持被动式热防护的热防护能力，将能够更好的控制电子设备温度，大大提升热防护能力。因此，想要开发一种能够应用于深井开采、航空航天、汽车等领域的热防护层，既含有隔热层填充隔热材料，阻碍热量的传递，又含有主动式水冷系统，通过循环流动带走传入的热量维持热防护层的隔热效果，能够长久、高效的为内部精密的电子设备提供热防护。然而，在主动式热防护中通常会面临热防护分布不均，弯折处出现流动死区等问题，通过对水冷通道内部进行结构优化，构建了双螺旋形流道，在满足热防护的前提下提升水通道传热特性，并改良工质的流动特性。
[0003]专利CN216015993U所公开的一种等弯曲直径光纤凹槽的水冷通道，通过使用冷却板以及设置在冷却板表面的螺旋凹槽，实现对光纤激光器模式的有效控制，保证光纤激光器工作的稳定性。在螺旋形光纤凹槽下方的冷却板内的水冷通道呈螺旋形或者S形紧密排布。该专利提出了将水冷板与隔热材料相结合的思路，但水冷通道并非用于热防护，形状也为长板形，且无更详细相关冷却水通道的描述，与本专利螺旋形水冷通道的设计方法不相同。
[0004]专利CN213782103U所公开的一种冷却效果好的水冷板，通过水冷槽焊接有螺旋的涡状线结构水冷管，制造了一种新型的水冷散热板，解决了单路水冷管路后半程吸换热效率变差问题，该专利提出了利用往复流动的冷却水带走热量的思路，但水冷通道为平板形，水冷管也是在平板上的螺旋的涡状结构，与本专利中沿轴向延伸的双螺旋水冷通道不同。
[0005]专利CN103997257B所公开的一种双螺旋管式废热回电装置，通过将废气中的部分热量利用双螺旋管中的传热介质收集并传导至热电发电组件产生温差电动势，对汽车车载电池进行充电。该专利提出了双螺旋管的吸收热量装置，但其目的是收集热量，与本专利的热防护领域相反，此外螺旋管道内的介质为单向流动，与本专利中双向流动的结构不同。
[0006]专利CN212481779U所公开的一种薄壁螺旋式热防护装置，通过将螺旋水管通过螺旋绕圈紧密排列为圆柱形结构水管，并通过上下紧固管进行固定，实现对系统的热防护。该专利提出了通过螺旋水管实现热防护的思路，但冷却装置为水冷管，且水流管道为单螺线流道，与本专利中的热防护结构与热防护方式不同。
[0007]专利CN101648598A所公开的一种新型无机热防护结构及其制作方法，通过本专利技术将铝合金基体、多层石英纤维螺旋缠绕形成的空间网状隔热层和氮化硅粉体压制成的防热层结合构成新型无机热防护结构，达到热防护的目的。该专利提出了通过无机热防护结构实现热防护的思路，但装置未涉及主动式热防护，与本专利的热防护方式不同。
[0008]专利CN101597753A所公开的一种宽幅连续磁控溅射镀膜混正反螺旋流冷却结构，通过内嵌在螺旋槽道中的紧密排列的正反螺旋导流管，提升了镀膜辗冷却效果和温度均匀。该专利提出了通过螺旋水管进行制冷的思路，但其使用领域为冷却装置，此外，冷却水通过水冷管流通，而正反螺旋水管是彼此不相关的水冷通道，与本专利在结构与应用领域方面不同。
[0009]专利CN206181526U所公开的一种层流等离子发生器阴极保护罩，通过在阴极保护罩上设置冷却水通道与气流通道，实现了电弧能量的有效利用并使等离子体射流便于工艺控制。该专利提出了螺旋形进出口流道的冷却思路，但其螺旋结构的进出流道为径向并列分布，且进出流道各一条而非在周向紧密的多条排列，与本专利在结构、功能和应用领域方面不同。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种包括多组双螺旋水冷通道、包覆通道与隔热层的螺旋式热防护结构。该热防护系统可应用于高温恶劣环境，通过水冷通道与隔热层有效降低径向传入的热流量，双螺旋水冷通道能够改善内部温度分布不均，降低内壁温度，提升热防护能力；包覆通道能够解决折流处流动死区和局部涡旋的问题，进一步改善了水冷通道换热特性与流动特性，提升整体的热防护性能。
[0011]本专利技术解决上述问题的技术方案是：
[0012]提供一种螺旋式热防护结构，其特征在于：包括双螺旋水冷通道、包覆通道与隔热层；所述双螺旋水冷通道至少包括外壳、内壳及螺旋隔板，外壳与内壳为圆筒结构，中间形成夹层，夹层内布置有螺旋隔板，分隔出多个螺旋流体通道；所述包覆通道的截面为矩形流体通道，位于夹层的一端；所述隔热层位于双螺旋水冷通道外壳的外侧。
[0013]螺旋隔板具有相同的长度，沿同心轴均匀排布，彼此平行且互补重叠，用于将夹层分隔成平行等宽的螺旋流体通道，螺旋隔板能够引导冷却水沿螺旋轨迹流动，改善水冷通道的流动与换热特性。所述包覆通道为矩形流体通道，位于夹层的一端，连接两个相对应的螺旋流体通道，能够解决折流处易出现流动死区的问题，并实现冷却水的流向转变；所述隔热层位于双螺旋水冷通道外壳的外侧，能够利用被动式热防护特性减少热量输入。
[0014]优选方案进一步包括如下任一技术特征：
[0015]双螺旋水冷通道的外壳与内壳同心布置，形成夹层，螺旋隔板在夹层内布置至少两组，采用固定螺距或变螺距的结构。
[0016]双螺旋水冷通道采用变螺距结构，螺距最大区域与螺距最小区域的螺距比为2:1
‑
4:1。
[0017]包覆通道是半椭圆形的弧形结构，径向为长轴并长于轴向的短轴，位于夹层的一端，连接两个相对的螺旋水冷通道，多组螺旋水冷通道的包覆通道叠加布置，将夹层的端密封；夹层的另一端为水冷通道的入口和/或出口。
[0018]隔热层内部采用空气层隔热或真空隔热方式，或填充玻璃棉、气凝胶材料，隔热层位于双螺旋水冷通道外壳的外侧。
[0019]还包括电子器件包裹层，用于承载电子器件，电子器件包裹层和电子器件都被包裹在内壳之间，置于热防护结构围成区域的中间位置。
[0020]双螺旋水冷通道可设置为不同直径大小的多层，径向嵌套包覆，层与层之间紧密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋式热防护结构，其特征在于：包括双螺旋水冷通道、包覆通道与隔热层；所述双螺旋水冷通道至少包括外壳、内壳及螺旋隔板，外壳与内壳为圆筒结构，中间形成夹层，夹层内布置有螺旋隔板，分隔出多个螺旋流体通道；所述包覆通道的截面为矩形流体通道，位于夹层的一端；所述隔热层位于双螺旋水冷通道外壳的外侧。2.如权利要求1所述一种螺旋式热防护结构，其特征在于：所述双螺旋水冷通道的外壳与内壳同心布置，形成夹层，螺旋隔板在夹层内布置至少两组；双螺旋水冷通道采用固定螺距或变螺距的结构。3.如权利要求2所述一种螺旋式热防护结构，其特征在于：所述双螺旋水冷通道采用变螺距结构，螺距最大区域与螺距最小区域的螺距比为2:1
‑
4:1。4.如权利要求1所述一种螺旋式热防护结构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚雯霄，麻世鸿，何峻杰，王秋旺，吴坚，张永民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：