[發明專利]用于機載間歇式高熱流密度表面散熱的相變換熱器及方法

有效

• 申請號: 201610609489.1
• 申請日: 2016-07-28
• 公開（公告）號: CN106288907B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 施紅;高志剛;崔永龍;陳常棟;魯升芳;蔣彥龍
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于飛行器環境控制技術領域，涉及一種換熱器，更具體地說，涉及一種用于機載間歇式高熱流密度表面散熱的相變換熱器。

背景技術

隨著飛機作戰性能的飛速發展，高熱流密度電子設備和武器的運用越來越多。其中一部分電子設備和武器的工作具有熱流密度大和間歇式工作的特點，例如定向能武器。因此如何高效、可靠地解決機載高熱流密度表面的快速散熱成為科研工作者致力于研究的方向。傳統的散熱方式無法解決高熱流密度的有效散熱。目前噴霧冷卻是高熱流密度表面冷卻領域較有前途的冷卻方式，然而盡管國外的相關機構對噴霧冷卻系統進行了一定程度的研究，但是關于其機載的綜合熱管理系統研究較少，尤其是噴霧系統終端制冷介質的冷卻是個關鍵問題。飛機上傳統的最終冷源是沖壓空氣、燃油、渦輪冷卻空氣，若按照最大功率設計換熱器則換熱器的體積相對較大、質量較重，因此一種針對機載噴霧冷卻系統終端液體的結構緊湊、體積較小，換熱面積較大的換熱器設計迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的是針對機載間歇式高熱流密度表面散熱問題，提供一種結構緊湊、體積較小，換熱面積較大，且吸熱和放熱能力強的相變蓄熱換熱器。

為了達到上述目的，本發明解決問題所采用的技術方案是：

一種用于機載間歇式高熱流密度表面散熱的相變換熱器，包括箱式殼體，所述箱式殼體中由第一隔板4和第二隔板6自上而下分隔形成上夾層1、中間夾層2和下夾層3三個密封空腔；

其中，所述上夾層1位于箱式殼體側壁上設置有第一冷流體進口11和第一冷流體出口21，上夾層1中水平設置有用于增強換熱的第一折板7；

所述中間夾層2中水平設置具有熱流體進口9和熱流體出口10的螺旋盤管5；

所述下夾層3位于箱式殼體側壁上設置有第二冷流體進口12和第二冷流體出口22，下夾層3中水平設置有用于增強換熱的第二折板8。

所述的中間夾層2中填充有相變材料。

所述相變材料為有機物、無機物或復合物中的任一種。

所述的中間夾層2中還填充有用于增強所述相變材料導熱的金屬或非金屬的泡沫結構材料。

所述的第一折板7和第二折板8的斷截面形狀均為波浪形板結構。

所述的上夾層1和下夾層3中設有冷源，所述冷源為空氣、燃油或者渦輪冷卻空氣中的一種，其選擇取決于間歇熱載荷的熱流密度及相變材料的相變溫度。

所述的中間夾層2中設有介質，所述介質為R134a,NH₃,或去離子水中的一種。

本發明的一種用于機載間歇式高熱流密度表面散熱的相變換熱器的工作方法，包括如下方式：

當機載高熱流密度電子設備或表面處于工作狀態時，其熱量首先傳遞給某種介質，該介質通過中間夾層2的熱流體進口9進入相變換熱器，在此工作過程中，相變儲熱器中的相變介質吸收了介質的熱量；

當機載高熱流密度電子設備或表面處于非工作狀態時，冷源進入設置于上夾層1的第一冷流體進口11和下夾層3的第二冷流體進口12，隨之進入相變換熱器；相變換熱器中間夾層2中的相變介質通過相變冷卻過程釋放熱量，同時，冷源吸收熱量后的通過設置于上夾層1的第一冷流體出口21和下夾層3的第二冷流體出口22流出相變儲熱器。

本發明具有的特點和有益效果：

1、本發明的相變換熱器具有很強的吸熱能力，能在短時間內吸收大量的熱量進行存儲，適用于定向能武器這樣間歇式工作的高熱功率表面的散熱系統；

2、由于本發明的換熱器利用機載間歇式高熱流密度表面間歇運行的特點，將機載間歇式高熱流密度表面的熱量在運行期間通過相變材料進行了能量存儲，然后當高熱功率表面處于非運行狀態時，將相變材料吸收的熱量慢慢進行散熱，因此其設計是按照機載間歇熱載荷的平均功率來設計的，因此相對于直接采用沖壓空氣作為冷源按照最大功率來設計的換熱器來說，結構小、重量輕。

3、本發明的相變換熱器結構緊湊、體積較小，換熱面積較大，且吸熱和放熱能力強。

附圖說明

圖1是本發明的用于機載高熱流密度表面冷卻系統中的相變換熱器的結構示意圖；

圖2是圖1的剖切三視圖，其中，圖(a)為剖切后主視圖，圖(b)為剖切后螺旋盤管俯視圖，圖(c)為剖切后右側視圖；

圖3是圖1的剖切三視圖立體圖，其中，圖(a)為中間夾層立體圖，圖(b)為平行于yz平面縱剖立體圖，圖(c)為平行于xz平面縱剖立體圖；

圖4是圖1的左側視圖；