[發明專利]用于真空管道磁懸浮運輸系統的管道間隔式散熱方法

在審

• 申請號: 202011303240.0
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN114518043A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 張娜;毛凱;劉德剛;趙明;李少偉;薄靖龍;張紅生;馬鵬程;李恒
• 申請（專利權）人: 中國航天科工飛航技術研究院（中國航天海鷹機電技術研究院）
• 主分類號: F28D15/00
• 分類號: F28D15/00;F28D15/02;F28F27/00;B61B13/10;B60L13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種用于真空管道磁懸浮運輸系統的管道間隔式散熱方法，該方法包括：將多個散熱組件沿真空管道的長度方向間隔設置，任一散熱組件均包括風冷換熱器、冷卻裝置和動力單元；沿管道的方向間隔設置多個溫度傳感器；實時監測氣流溫度，當任一區域處的氣流溫度超過設定溫度閾值范圍時，真空管道內對應區域處的散熱組件動作，冷卻介質吸收對應區域處氣流熱量，冷卻裝置對攜帶熱量的冷卻介質進行冷卻，冷卻后的冷卻介質重新送回至風冷換熱器，重復上述過程，直至溫度處于設定溫度閾值范圍內。應用本發明的技術方案，以解決現有技術中超長距離、超大管徑的真空管道磁懸浮交通運輸系統由于氣動熱帶來的環境溫度過高、安全性能差的技術問題。

技術領域

本發明涉及磁懸浮交通運輸技術領域，尤其涉及一種用于真空管道磁懸浮運輸系統的管道間隔式散熱方法。

背景技術

目前真空管道磁懸浮交通運輸系統處于探索階段，其管道散熱技術尚無現成經驗可參考。散熱方式的選擇取決于多重因素，如設備總發熱量、設備允許熱量、工作環境、設備的安裝方式與布局等。按散熱能力的不同，主要的冷卻方式有空氣冷卻和液體冷卻，具體如圖2所示。

空氣冷卻分為自然冷卻和強制冷卻。自然冷卻是指不使用任何外部輔助能量的情況下，利用設備的熱傳導、對流和輻射等傳熱方式，實現發熱設備向周圍環境散熱進而達到冷卻的目的。一般對溫度控制要求不高、設備發熱的熱流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集組裝的器件，不宜(或不需要)采取其他冷卻方式的情況下，都采用此種方式。強制冷卻是使用風扇等器件使發熱設備周邊的空氣形成強迫對流，從而將設備散發的熱量帶走。如果設備之間的空間適合空氣流動或適于安裝局部散熱器，可盡量使用這種方法。

直接液體冷卻是指讓冷卻液直接與發熱設備緊密接觸，電氣設備將耗散的熱量直接傳遞給冷卻液，再由冷卻液傳給殼體或者換熱器中，最后由殼體或換熱器將熱量散發出去。典型的冷卻形式有射流沖擊式、噴淋式。射流沖擊冷卻是指利用流體法向沖擊設備表面，形成很薄的速度層和邊界層，由于單個噴嘴噴射沖擊冷卻會在換熱表面上產生較大的溫度梯度，為降低梯度采用整列多噴嘴射流沖擊冷卻時，會導致整個冷卻系統結構復雜化。噴霧冷卻是通過噴嘴把液體霧化成一滴滴的液滴，然后噴射撞擊換熱表面的一種冷卻方式。噴嘴霧化后的液滴在熱源表面形成一層薄液膜，液滴對液膜產生一定的擾動使得液膜內產生汽化核心，依靠液膜的對流蒸發和液膜內氣泡的相變過程帶走熱源表面的熱量。其優點是可增加空間溫度均勻性，在很少的冷卻劑需求下，可實現更高的換熱效率，缺點是噴嘴易阻塞、腐蝕等。

間接液體冷卻方式，冷卻液并不與設備直接接觸，而是將電氣設備裝在一個由液體冷卻的冷板上。熱量通過熱傳導、對流或輻射由設備傳至冷板，再由冷板傳給冷卻液，由冷卻液把熱量帶走。典型的冷卻形式為泵驅動液體循環、熱管。泵驅動液體循環是指在熱源表面安裝冷卻液流動管路或換熱片，冷板內冷卻液流經熱源表面吸收熱源釋放的熱量，通過循環流動的形式實現熱量的轉移。熱管是一種利用工作流體相變實現熱量傳遞的傳熱設備。熱管的蒸發段貼裝于發熱設備表面，管芯內的工作液體受熱蒸發，并帶走熱量，該熱量為工作液體的蒸發潛熱，蒸汽從中心通道流向熱管的冷凝段，凝結成液體，同時放出潛熱，在毛細力的作用下，液體回流到蒸發段。這樣，就完成了一個閉合循環，從而將大量的熱量從加熱段傳到散熱段。其優點是需要空間小，不需要額外消耗動力，適用于高熱流密度條件的散熱。但是單套環路熱管最大傳熱能力通常在1kW量級，若需滿足大功率的散熱需求，需并聯多根熱管，管路布置形式復雜，且其傳熱能力受傳輸距離限制，不適宜遠距離設備散熱。其次，常用的氨工質環路熱管其理論控溫水平在30℃至50℃，但由于蒸發器與發熱表面接觸熱阻的存在，發熱表面的溫度通常高達70℃至80℃，影響實際控溫水平。同時，環路熱管成本較高，單套環路熱管價格在幾千至上萬元不等，航天級別的環路熱管價格在幾萬元左右，經濟成本增加。因此熱管方案可用于小規模、小功率電氣設備散熱。