[实用新型]一种使用喷雾冷却和吸附式制冷的机载高热流密度设备热管理系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种使用喷雾冷却和吸附式制冷的机载高热流密度设备热管理系统，属于机载设备冷却领域。

背景技术

飞机上安装有多种电子设备，随着科技的进步，电子设备越来越向微型化和集成化发展，其散热问题也显得更加重要。如果不采取有效措施降低电子设备表面温度，轻则大大降低其工作效率，重则烧毁电子器件。此外，激光器在航空领域即将得到广泛应用，如激光武器、激光探测系统等。激光器发射后必须对表面进行冷却，降低热量耗散，以便持续使用。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和激光器的散热需求。而机载空间存在着空间小、可利用能量有限的特殊条件，找到适合机载高热流密度设备散热的合适方法是推动机载电子设备和激光器技术进步和实用化的关键。

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换热带走热量的一种新型冷却方式，其优点在于：较小的表面温差；没有沸腾滞后性；良好的换热性能；可实现均匀的冷却壁面温度；工质需求量小。喷雾冷却技术在上述机载高热流密度设备冷却领域具有很强的应用前景。

近年来，研究者已提出一些喷雾冷却的实际应用方案，如专利ZL201110446869.5提出的一种基于微重力环境的喷雾冷却回路装置，但该系统流量较小，只能适用于微电子设备，且毛细芯管路结构复杂易堵塞，影响系统性能。专利ZL201410350139.9提出的一种独立式两相流喷雾冷却系统及其喷雾冷却方法，但该方法使用高压二氧化碳作为动力源，对二氧化碳的消耗过大，且喷射后的二氧化碳无法回收，机载条件空间有限，且一旦出现泄漏，对飞行员生命安全威胁巨大。专利ZL201510072716.7提出了一种基于空气膨胀制冷的机载发热元件的冷却系统，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。

考虑到存储方便和使用安全性，水是机载高热流密度设备冷却较好的介质，且水流量易于控制，能针对不同的发热工况灵活调节。电子设备表面控制标准一般为80℃，当使用喷雾冷却系统控制电子设备表面温度后，排出的水温度仍然很高，其余热可以充分利用。因此在机载高热流密度设备热管理系统中引入吸附式制冷装置，充分利用余热降低喷雾冷却之前的水温，可以达到提升喷雾冷却效果和节约水流量的目的。此外，引入热管箱利用外部冷源完成吸附式制冷的制冷剂重新吸附过程，以达到热管理系统多次间歇式循环使用的目的。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种使用喷雾冷却和吸附式制冷的机载高热流密度设备热管理系统。

一种使用喷雾冷却和吸附式制冷的机载高热流密度设备热管理系统由喷雾冷却系统和吸附式制冷系统组成；

上述喷雾冷却系统由储水箱(1)、第一水泵(2)、蒸发器(3)、流量调节阀(4)、第一截止阀(5)、流量计(6)、喷雾室(7)、喷嘴(8)、待冷却表面(9)、热回收器(10)、第二水泵(17)组成。

其中蒸发器(3)具有两个入口和两个出口。第一入口为水入口，第一出口为水出口；第二入口为制冷剂入口，第二出口为制冷剂出口。

热回收器(10)具有一个入口和两个出口，入口为喷雾冷却吸收热量后的水入口，第一出口为水出口，第二出口为热量出口。

储水箱(1)的出口与第一水泵(2)的入口相连，第一水泵(2)的出口与蒸发器(3)的第一入口相连，蒸发器(3)的第一出口与流量调节阀(4)的入口相连，流量调节阀(4)的出口与第一截止阀(5)的入口相连，第一截止阀(5)的出口与流量计(6)的入口相连，流量计(6)的出口与喷嘴(8)的入口相连。喷嘴(8)的出口喷射出的水射向待冷却表面(9)，喷嘴(8)和待冷却表面(9)封装于喷雾室(7)中。喷雾室(7)的出口与热回收器(10)的入口相连，热回收器(10)的第一出口与第二水泵(17)的入口相连，第二水泵(17)的出口与储水箱(1)的入口相连。

上述吸附式制冷系统由热回收器(10)、吸附床(11)、阵列热管箱(12)、外界环境接口(13)、冷凝器(14)、节流阀(15)、第二截止阀(16)组成。

吸附床(11)具有三个端口，第一端为加热端口，第二端为冷却端口，第三端为制冷剂流动端口。

冷凝器(14)具有两个入口和一个出口，第一入口为制冷剂入口，第二入口为制冷剂返回入口，出口为制冷剂出口。