本發(fā)明涉及冷卻設(shè)備，具體是一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、定向能武器發(fā)射時(shí)具有工作時(shí)間短、發(fā)熱量大、熱量集中、熱量難以快速釋放的特點(diǎn)。隨著飛行器性能的提高，對(duì)防御性能的要求也在不斷提高，在飛行器上安裝定向能武器進(jìn)行防御或攻擊是一種可行的技術(shù)方案。此類武器發(fā)射時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量，局部的表面熱流密度量級(jí)在幾百甚至數(shù)千w/cm2，冷卻散熱熱流密度高；此外，大功率電子對(duì)抗設(shè)備的功率越來(lái)越大，冷卻需要的熱流密度已達(dá)到數(shù)百w/cm2，呈現(xiàn)進(jìn)一步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。如果不能采取有效措施對(duì)大功率發(fā)熱器件進(jìn)行高效冷卻，降低其表面溫度，不僅會(huì)影響其工作效率，還會(huì)燒毀器件，影響飛行安全和任務(wù)執(zhí)行。
2、在地面或車載條件下，有較大的空間為定向能武器安裝冷卻設(shè)備，通過(guò)加大熱源表面的散熱面積、降低熱流密度，增大儲(chǔ)液箱容積蓄冷等技術(shù)措施進(jìn)行冷卻，一定程度上能滿足快速冷卻的散熱需求。
3、在機(jī)載環(huán)境下，安裝空間有限，冷卻系統(tǒng)的體積、重量不能太大，如何解決高熱流密度的冷卻，將機(jī)載定向能武器工作時(shí)產(chǎn)生的巨大熱量在短時(shí)間散掉，防止溫度過(guò)高燒毀器件，保證性能穩(wěn)定，是目前機(jī)載定向能武器冷卻亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，常用的有噴霧冷卻，如專利cn?2018102806932、cn2018101313980；但是這種常規(guī)的冷卻技術(shù)已不能滿足機(jī)載環(huán)境下的高熱流密度的冷卻要求，需要一種新的制冷設(shè)備來(lái)解決上述的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，包括依次連接的儲(chǔ)液箱、冷卻泵、第一換熱部、第二換熱部，所述第二換熱部與所述儲(chǔ)液箱連通；
4、所述第一換熱部包括殼體以及與被冷卻裝置接觸的換熱器，所述換熱器位于所述殼體內(nèi)，所述殼體內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)與冷卻泵連通的噴嘴，所述換熱器位于所述噴嘴噴液方向的前方；
5、所述換熱器上設(shè)置有導(dǎo)槽和或?qū)Э?，所述?dǎo)槽和或?qū)Э椎囊欢顺驀娮欤鰧?dǎo)槽和或?qū)Э状┻^(guò)換熱器與所述第一換熱部殼體的外部連通。
6、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述儲(chǔ)液箱為增壓儲(chǔ)液箱，所述儲(chǔ)液箱包括與冷卻泵連通的出液接口以及與所述第二換熱部連通的回液接口，所述儲(chǔ)液箱內(nèi)設(shè)有電加熱器、液位傳感器，所述儲(chǔ)液箱上連接有第三傳感器組，所述第三傳感器組包括壓力、溫度傳感器。
7、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述儲(chǔ)液箱內(nèi)設(shè)置有活塞環(huán)，所述活塞環(huán)的外緣通過(guò)密封圈與所述儲(chǔ)液箱內(nèi)壁連通，所述活塞環(huán)一端通過(guò)設(shè)置有蓄能器，所述儲(chǔ)液箱靠近蓄能器的位置設(shè)置有排氣活門(mén)。
8、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述儲(chǔ)液箱與所述冷卻泵之間連接有過(guò)濾器，所述過(guò)濾器的進(jìn)液端與出液端之間連接有壓差傳感器，所述冷卻泵的出液端通過(guò)管道連接有溢流閥，所述儲(chǔ)液箱上設(shè)置有回流接口，所述溢流閥通過(guò)回流接口與儲(chǔ)液箱連通，所述回流接口上連接有加液閥。
9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述冷卻泵與所述第一換熱部的噴嘴之間依次連接有單向閥、流量傳感器，所述噴嘴設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)所述噴嘴并聯(lián)后通過(guò)冷卻管道單向閥連通，所述單向閥的出液端設(shè)置有第一傳感器組，所述第一傳感器組包括壓力、溫度傳感器。
10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述第一換熱部的殼體內(nèi)設(shè)置有噴霧腔，所述換熱器位于所述噴霧腔內(nèi)，所述換熱器中部設(shè)置有用于容納被冷卻裝置的空腔，所述換熱器遠(yuǎn)離所述被冷卻裝置的一端靠近所述噴嘴的噴口處，所述換熱器包括導(dǎo)熱材料以及相變材料，所述導(dǎo)熱材料、相變材料沿高度方向間隔布置。
11、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述相變材料為金屬相變材料，金屬相變材料包括但不限于?niti基合金、cu基合金、fe基合金；所述導(dǎo)熱材料包括但不限于銅、鋁、石墨烯、單層石墨、炭-炭復(fù)合材料、泡沫炭、合成金剛石。
12、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述導(dǎo)熱材料和或相變材料的靠近所述噴嘴的外表面以及靠近被冷卻裝置的內(nèi)表面分別設(shè)置有外部導(dǎo)槽、內(nèi)部導(dǎo)槽，所述導(dǎo)熱材料和或相變材料內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)孔，所述導(dǎo)孔兩端分別與所述外部導(dǎo)槽、內(nèi)部導(dǎo)槽連通。
13、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述導(dǎo)熱材料、相變材料靠近所述被冷卻裝置的內(nèi)側(cè)設(shè)置有沿高度方向布置的導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽穿過(guò)導(dǎo)熱材料和或相變材料上的內(nèi)部導(dǎo)槽，所述換熱器下端設(shè)有集液腔，所述導(dǎo)流槽與所述集液腔連通。
14、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述集液腔連接有出液口，所述出液口通過(guò)氣液分離器與第二換熱部連通，所述氣液分離器的進(jìn)液端設(shè)置有安全閥、第二傳感器組，所述第二傳感器組包括壓力、溫度傳感器，第二換熱部包括氣汽換熱器、氣液換熱器，所述氣汽換熱器、氣液換熱器的出口端通過(guò)比例調(diào)節(jié)閥與儲(chǔ)液箱連通，所述氣汽換熱器的出口端與所述比例調(diào)節(jié)閥連通，所述比例調(diào)節(jié)閥與所述氣液分離器的出液端連通。
15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
16、1、本申請(qǐng)采用耦合冷卻方式，將噴霧冷卻技術(shù)、風(fēng)冷技術(shù)、液冷技術(shù)、微槽道高效換熱技術(shù)、金屬相變蓄熱技術(shù)、定向高導(dǎo)熱技術(shù)、儲(chǔ)液增壓技術(shù)、傳感控制技術(shù)綜合應(yīng)用，將發(fā)熱器件瞬時(shí)產(chǎn)生的大量熱量，迅速釋放至冷卻介質(zhì)中；系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)攜帶的大量熱量，會(huì)隨著冷卻介質(zhì)的高速循環(huán)，由第二換熱部釋放到外界大氣中；當(dāng)?shù)谝粨Q熱部溫度異常偏高時(shí)，其內(nèi)部的相變材料會(huì)發(fā)生相變吸收大量熱量并隨著溫度降低將熱量逐步釋放，進(jìn)而抑制被冷卻部件的溫度進(jìn)一步升高。系統(tǒng)采用分級(jí)冷卻技術(shù)，將高熱流密度的冷卻轉(zhuǎn)化為低熱流密度的冷卻，將局部點(diǎn)熱源的冷卻轉(zhuǎn)化為面熱源的冷卻，克服了機(jī)載點(diǎn)熱源難以散熱的難題；系統(tǒng)采用了特殊結(jié)構(gòu)的增壓儲(chǔ)液箱，減小了泵的輸出壓力，降低了泵功耗和重量。系統(tǒng)采用一體化、模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，冷卻高效，實(shí)現(xiàn)了體積小、重量輕、功耗低、便于機(jī)載安裝、高效冷卻的目的。
17、2、本申請(qǐng)冷卻介質(zhì)可以直接接觸被冷卻裝置表面，實(shí)現(xiàn)高效的冷卻；微槽道換熱器由金屬相變材料和高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成，呈微槽道和多孔結(jié)構(gòu)，流體可以浸入內(nèi)部，便于流體的流動(dòng)和熱量傳導(dǎo)，能將大部分熱量通過(guò)冷卻介質(zhì)相變的形式散掉；同時(shí)，當(dāng)微槽道多孔換熱器溫度升高時(shí)，會(huì)誘發(fā)金屬相變材料產(chǎn)生相變，進(jìn)一步吸收了大量熱量，抑制了發(fā)熱器件表面的溫度進(jìn)一步升高。
18、3、系統(tǒng)能迅速降低熱源表面的溫度，且將局部高熱流密度的冷卻轉(zhuǎn)化為較低熱流密度的冷卻，減降低了制造成本。
19、4、充分利用了機(jī)載環(huán)境的冷卻資源，降低了能耗，特別適用于飛行平臺(tái)。
1.一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的儲(chǔ)液箱(1)、冷卻泵(6)、第一換熱部(11)、第二換熱部(15)，所述第二換熱部(15)與所述儲(chǔ)液箱(1)連通；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)液箱(1)為增壓儲(chǔ)液箱，所述儲(chǔ)液箱(1)包括與冷卻泵(6)連通的出液接口(110)以及與所述第二換熱部(15)連通的回液接口(109)，所述儲(chǔ)液箱(1)內(nèi)設(shè)有電加熱器(103)、液位傳感器(104)，所述儲(chǔ)液箱(1)上連接有第三傳感器組(102)，所述第三傳感器組(102)包括壓力、溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)液箱(1)內(nèi)設(shè)置有活塞環(huán)(105)，所述活塞環(huán)(105)的外緣通過(guò)密封圈(106)與所述儲(chǔ)液箱(1)內(nèi)壁連通，所述活塞環(huán)(105)一端通過(guò)設(shè)置有蓄能器(107)，所述儲(chǔ)液箱(1)靠近蓄能器(107)的位置設(shè)置有排氣活門(mén)(101)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)液箱(1)與所述冷卻泵(6)之間連接有過(guò)濾器(5)，所述過(guò)濾器(5)的進(jìn)液端與出液端之間連接有壓差傳感器(4)，所述冷卻泵(6)的出液端通過(guò)管道連接有溢流閥(3)，所述儲(chǔ)液箱(1)上設(shè)置有回流接口(108)，所述溢流閥(3)通過(guò)回流接口(108)與儲(chǔ)液箱(1)連通，所述回流接口(108)上連接有加液閥(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻泵(6)與所述第一換熱部(11)的噴嘴(1102)之間依次連接有單向閥(7)、流量傳感器(8)，所述噴嘴(1102)設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)所述噴嘴(1102)并聯(lián)后通過(guò)冷卻管道單向閥(7)連通，所述單向閥(7)的出液端設(shè)置有第一傳感器組(9)，所述第一傳感器組(9)包括壓力、溫度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述第一換熱部(11)的殼體內(nèi)設(shè)置有噴霧腔(1105)，所述換熱器(1101)位于所述噴霧腔(1105)內(nèi)，所述換熱器(1101)中部設(shè)置有用于容納被冷卻裝置的空腔，所述換熱器(1101)遠(yuǎn)離所述被冷卻裝置的一端靠近所述噴嘴(1102)的噴口處，所述換熱器(1101)包括導(dǎo)熱材料(1106)以及相變材料(1107)，所述導(dǎo)熱材料(1106)、相變材料(1107)沿高度方向間隔布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述相變材料(1107)為金屬相變材料，金屬相變材料包括但不限于?niti基合金、cu基合金、fe基合金；所述導(dǎo)熱材料(1106)包括但不限于銅、鋁、石墨烯、單層石墨、炭-炭復(fù)合材料、泡沫炭、合成金剛石。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)熱材料(1106)和或相變材料(1107)的靠近所述噴嘴(1102)的外表面以及靠近被冷卻裝置的內(nèi)表面分別設(shè)置有外部導(dǎo)槽(1109)、內(nèi)部導(dǎo)槽(1111)，所述導(dǎo)熱材料(1106)和或相變材料(1107)內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)孔(1110)，所述導(dǎo)孔(1110)兩端分別與所述外部導(dǎo)槽(1109)、內(nèi)部導(dǎo)槽(1111)連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)熱材料(1106)、相變材料(1107)靠近所述被冷卻裝置的內(nèi)側(cè)設(shè)置有沿高度方向布置的導(dǎo)流槽(1108)，所述導(dǎo)流槽(1108)穿過(guò)導(dǎo)熱材料(1106)和或相變材料(1107)上的內(nèi)部導(dǎo)槽(1111)，所述換熱器(1101)下端設(shè)有集液腔(1103)，所述導(dǎo)流槽(1108)與所述集液腔(1103)連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高熱流密度的機(jī)載耦合冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述集液腔(1103)連接有出液口(1104)，所述出液口(1104)通過(guò)氣液分離器(14)與第二換熱部(15)連通，所述氣液分離器(14)的進(jìn)液端設(shè)置有安全閥(12)、第二傳感器組(13)，所述第二傳感器組(13)包括壓力、溫度傳感器，第二換熱部(15)包括氣汽換熱器(1501)、氣液換熱器(1502)，所述氣汽換熱器(1501)、氣液換熱器(1502)的出口端通過(guò)比例調(diào)節(jié)閥(16)與儲(chǔ)液箱(1)連通，所述氣汽換熱器(1501)的出口端與所述比例調(diào)節(jié)閥(16)連通，所述比例調(diào)節(jié)閥(16)與所述氣液分離器(14)的出液端連通。