CN113613476A - 一种用于机载电子设备冷却的环路热管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于机载电子设备冷却的环路热管，属于机载电子设备冷却领域。包括依次连接并构成环路的凝汽器、液体补偿器、驱动泵、液体联箱、蒸发支路和蒸汽联箱；其中液体联箱和蒸汽联箱之间的蒸发支路是并联的，且每个蒸发支路上，在液体联箱于蒸发支路之间设置一个蒸发器。本发明以快速带走电子设备散发的热量，维持电子设备处于较低的工作温度，使电子设备能够稳定、高效地运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机载电子设备冷却的环路热管，属于机载电子设备冷却领域。
背景技术
随着航空高集成电路技术的迅速发展，作为航空有效载荷的电子设备，其性能越来越高的同时，耗能和散热问题也越来越突出。资料显示，第3代战机F-15的电子设备热载荷约为10kW量级，第4代战机F-22的电子设备热载荷达到了50kW量级。事实上，电子器件的可靠性对温度十分敏感，在70℃～80℃水平上，温度每增加1℃，电子器件可靠性下降5％；超过55％的电子器件失效的原因是温度过高，散热问题已成为制约航空电子设备发展的瓶颈。针对未来机载高功率密度能量散热问题，必须寻求创新性技术，才能满足机载电子设备高热流密度快速散热的需求。
为了解决未来飞机上大功率电子设备的散热问题，本发明提出一种用于机载电子设备冷却的环路热管，以快速带走电子设备散发的热量，维持电子设备处于较低的工作温度，使电子设备能够稳定、高效地运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机载电子设备冷却的环路热管，将机载电子设备所散发的热量传递给冷却空气或燃油热沉，使电子设备能够稳定、高效地运行。
一种用于机载电子设备冷却的环路热管，包括依次连接并构成环路的凝汽器1、液体补偿器2、驱动泵3、液体联箱4、蒸发支路5和蒸汽联箱6；其中液体联箱4和蒸汽联箱6之间的蒸发支路5是并联的，且每个蒸发支路5上，在液体联箱4于蒸发支路5之间设置一个蒸发器7。
所述用于机载电子设备冷却的环路热管内的工质在蒸发器7内毛细芯和驱动泵3的双重作用下，从凝汽器1流出，经过液体补偿器2和液体联箱4后分配到各个蒸发支路5。在各蒸发支路5中，液态工质进入蒸发器7吸收电子设备所散发的热量后蒸发为汽态，然后进入蒸汽联箱6混合后通过管路进入凝汽器1。在凝汽器1中将热量传递给飞机上的冷却空气或燃油热沉9，重新凝结为液态，开始下一轮循环。
所述用于机载电子设备冷却的环路热管的各个蒸发支路5并不完全相同，每个蒸发支路5用于吸收一个散热功率较大或几个散热功率较小且物理位置靠近的电子设备所散发的热量。各蒸发支路5上的蒸发器7根据该支路对应的电子设备结构灵活选择，蒸发器7的结构为能紧密贴合电子设备散热面从而有效吸收其散热量的结构形式，例如圆管式、平板式。蒸发支路5的管路采用柔性连接管，根据该支路对应的电子设备在机上的位置确定管路长度。
所述用于机载电子设备冷却的环路热管包含一个驱动泵3，其作用是增加驱动力，提高液体联箱4内液态工质的压力，一方面保证在飞机机动飞行等大过载条件下，各蒸发支路5上进入蒸发器7的工质仍为液态，避免蒸汽态工质倒流进蒸发器7造成的蒸发器7冷却能力下降甚至失效；另一方面防止电子设备发热量突然升高造成的蒸发器7烧干现象。
所述用于机载电子设备冷却的环路热管包含一个液体补偿器2，其作用是在凝汽器发生性能波动情况下，为进入蒸发器7毛细芯的液态工质提供一定的过冷度，防止蒸发器7内热量沿毛细芯反向传导造成毛细芯内出现蒸汽。
所述用于机载电子设备冷却的环路热管内的循环工质为氨、水、乙二醇水溶液或制冷剂等。
本发明的有益效果：本发明提出一种用于机载电子设备冷却的环路热管，以快速带走电子设备散发的热量，维持电子设备处于较低的工作温度，使电子设备能够稳定、高效地运行。
附图说明
图1为本发明的原理图。其中1凝汽器；2液体补偿器；3驱动泵；4液体联箱；5蒸发支路；6蒸汽联箱；7蒸发器；8电子设备散热量；9热沉。
图2是将本发明应用于飞机热管理***的布置方案A。
图3是将本发明应用于飞机热管理***的布置方案B。
具体实施方式
如图1所示，一种用于机载电子设备冷却的环路热管主要由凝汽器1、液体补偿器2、驱动泵3、液体联箱4、多个并联的蒸发支路5、蒸汽联箱6组成。其中每个蒸发支路5上都包括一个蒸发器7。
环路热管内的循环工质为水。循环工质在驱动泵3以及各蒸发器7内毛细芯的双重作用下，从液体补偿器2流出，经过驱动泵3进入液体联箱4，然后从液体联箱4流出进入多个相互并联的蒸发支路5。在各蒸发支路5上，液态循环工质在毛细力驱动下进入蒸发器7内，吸收电子设备散热量8后变为蒸汽态，随后进入蒸汽联箱6。蒸汽太工质从蒸汽联箱6出口流出后，经管路进入凝汽器1，在凝汽器内通过对冷却空气或燃油热沉9放热凝结，重新变为液态后，从凝汽器1出口流出进入液体补偿器2开始下一轮循环。
各蒸发支路5的管路为柔性管，根据该蒸发支路5所要冷却的电子设备在机上的位置确定管路的管长。蒸发支路5可冷却一个散热功率较大或多个散热功率较小且物理位置靠近的电子设备。各蒸发支路5上的蒸发器7根据该支路对应的电子设备结构灵活选择，蒸发器7的结构为圆管式。
各蒸发支路5上循环工质的流动主要依靠蒸发器7内毛细芯产生的毛细力，驱动泵2的作用主要是提高液体联箱4内液态工质的压力，一方面保证在飞机机动飞行等大过载条件下，各蒸发支路5上进入蒸发器7的工质仍为液态，避免蒸汽态工质倒流进蒸发器7造成的蒸发器7冷却能力下降甚至失效；另一方面防止电子设备发热量突然升高造成的蒸发器7烧干现象。
蒸汽态工质在凝汽器1内通过向热沉9释放热量重新凝结为液态。热沉9既可以是机上环控***的冷却空气，也可以是机载燃油。根据热沉的不同，用于机载电子设备冷却的环路热管在飞机热管理***中可有两种布置方案。如图2所示是采用燃油作为最终热沉的布置方案A；图3所示则是采用环控***的冷却空气作为最终热沉的布置方案B。
Claims (5)
1.一种用于机载电子设备冷却的环路热管，其特征在于，包括依次连接并构成环路的凝汽器(1)、液体补偿器(2)、驱动泵(3)、液体联箱(4)、蒸发支路(5)和蒸汽联箱(6)；其中液体联箱(4)和蒸汽联箱(6)之间的蒸发支路(5)是并联的，且每个蒸发支路(5)上，在液体联箱(4)于蒸发支路(5)之间设置一个蒸发器(7)；
所述用于机载电子设备冷却的环路热管内的工质在蒸发器(7)内毛细芯和驱动泵(3)的双重作用下，从凝汽器(1)流出，经过液体补偿器(2)和液体联箱(4)后分配到各个蒸发支路(5)；在各蒸发支路(5)中，液态工质进入蒸发器(7)吸收电子设备所散发的热量后蒸发为汽态，然后进入蒸汽联箱6混合后通过管路进入凝汽器(1)；在凝汽器(1)中将热量传递给飞机上的冷却空气或燃油热沉(9)，重新凝结为液态，开始下一轮循环；
所述用于机载电子设备冷却的环路热管的各个蒸发支路(5)并不完全相同，每个蒸发支路(5)用于吸收一个散热功率较大或几个散热功率较小且物理位置靠近的电子设备所散发的热量；各蒸发支路(5)上的蒸发器(7)根据该支路对应的电子设备结构灵活选择，蒸发器(7)的结构为能紧密贴合电子设备散热面从而有效吸收其散热量的结构形式；蒸发支路(5)的管路采用柔性连接管，根据该支路对应的电子设备在机上的位置确定管路长度。
2.根据权利要求1所述的一种用于机载电子设备冷却的环路热管，其特征在于，所述的蒸发器(7)的结构为圆管式或平板式。
3.根据权利要求1所述的一种用于机载电子设备冷却的环路热管，其特征在于，所述用于机载电子设备冷却的环路热管包含一个驱动泵(3)，其作用是增加驱动力，提高液体联箱(4)内液态工质的压力，一方面保证在飞机机动飞行大过载条件下，各蒸发支路(5)上进入蒸发器(7)的工质仍为液态，避免蒸汽态工质倒流进蒸发器(7)造成的蒸发器(7)冷却能力下降甚至失效；另一方面防止电子设备发热量突然升高造成的蒸发器(7)烧干现象。
4.根据权利要求1所述的一种用于机载电子设备冷却的环路热管，其特征在于，所述用于机载电子设备冷却的环路热管包含一个液体补偿器(2)，其作用是在凝汽器发生性能波动情况下，为进入蒸发器(7)毛细芯的液态工质提供一定的过冷度，防止蒸发器(7)内热量沿毛细芯反向传导造成毛细芯内出现蒸汽。
5.根据权利要求1所述的一种用于机载电子设备冷却的环路热管，其特征在于，所述用于机载电子设备冷却的环路热管内的循环工质为氨、水、乙二醇水溶液或制冷剂。
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