[发明专利]一种冷却系统及应用

说明书

本发明一种冷却系统及应用，属于机载电子设备热管理技术领域；包括喷雾冷却模块和微通道换热器；吸热后的冷却剂流经微通道换热器，通过喷雾冷却模块对微通道换热器表面进行喷雾冷却。微通道换热器包括进口管路、换热组件、出口管路，吸热后的冷却剂通过进口管路流入换热组件，冷却后再由出口管路输送回机载电子设备；喷雾冷却模块包括喷雾喷嘴阵列、储水罐、工质泵、连接管路；通过工质泵将工质从储水罐内导入连接管路，再通过喷雾喷嘴阵列喷出，对微通道换热器外表面进行喷雾冷却。本发明提出在微通道换热器外表面进行喷雾冷却，以强化换热器的传热性能，将微通道换热器与喷雾冷却技术相结合，冷却效果明显增强。

技术领域

本发明属于机载电子设备热管理技术领域，具体涉及一种冷却系统及应用。

背景技术

目前，电子技术行业发展迅速，电子器件趋向于高效率、小型化、集成化，随之而来的，电子设备的热流密度提高，热管理需求大大增加。相较于地面电子器件，由于飞行器气动热等原因机载电子设备所处的环境温度更高，且高空环境的低气压、空气稀薄使得散热环境更为恶劣，因此，机载电子设备在运行时的散热面临更大的挑战。

传统的风冷方式将无法满足日益增长的散热要求。而相较于风冷技术，液冷技术具有高冷却效率，运行稳定，低能耗等特点。根据实际工程需求，液冷技术包括微通道换热器、喷雾冷却、喷射冷却等。其中微通道换热器体型小、节省空间、高热流密度，喷雾冷却流量小但散热效率高，成为目前液冷技术应用的主要研究方向。因此，很多学者对于上述两种高效冷却方式分别进行研究，以实现更高的冷却效率。然而这两种技术都有各自的技术局限性。

就微通道换热器而言，为了强化换热，多数研究集中于对换热器通道内增加微结构，这导致其加工技术要求较高、造价高。而针对于喷雾冷却技术的研究主要集中于优化改进喷雾系统本身，例如研究喷雾系统的最佳喷雾流量、喷雾高度、喷嘴型式以及喷雾冷却表面结构等，不同研究下所得出的结论也各不相同，大多数仅适用于特定的应用场景，普遍适用性较差。因此，针对机载电子设备冷却这一具体应用需求，开展针对性的研究具有重要意义。

目前，机载冷却系统采用的冷却过程有，冷却剂通过雾化喷嘴对热载荷表面进行快速冷却，吸收热量后的高温冷却剂流经相变储热器中间夹层的螺旋盘管时，将热量传递给相变储热器中的相变介质，降温后的冷却剂再次对热载荷表面进行喷雾冷却，实现循环。然而，此冷却系统中对高温冷却剂的冷却效果存在一定局限性：相比于喷雾冷却的高换热系数，相变介质吸热的换热系数较低，二者换热能力匹配度差，难以保障喷雾冷却剂的有效降温。

现有技术中采用螺旋盘管的喷雾冷却系统，主要包括机载电子设备液冷系统、喷雾冷却腔体(内含锥形立式螺旋盘管和喷雾喷嘴)、水泵等。运行过程为：高温冷却液流入喷雾冷却腔体内的锥形立式螺旋盘管中，同时腔体顶部的喷雾喷嘴将雾化液滴喷射至螺旋盘管外壁，从而实现换热降温。上述立式螺旋盘管呈锥形分布，锥角与喷雾锥角相当，喷雾锥体可覆盖螺旋盘管。相比较于普通螺旋盘管，此喷雾冷却系统中的锥形螺旋立体盘管增大了喷雾与盘管的接触面积，提高了喷雾冷却的换热效率。然而，此系统中喷雾喷嘴仅有一个，位于锥形螺旋盘管上方进行喷射，这导致盘管背面无法充分换热，冷却效率有限；其次，所应用的锥形立式螺旋盘管体积较大，空间利用率不足。

因此，开发出一种用于机载液冷热沉中对其冷却剂进行高效冷却的方法，对于实现高效冷却机载电子设备，大大降低机载热沉的重量和体积，提高飞行器的续航能力并减少能源消耗，具有非常重要的实用价值和创新意义，可有效解决目前机载液冷热沉中冷却剂无法快速稳定降温，实现循环冷却的问题。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种冷却系统及应用，将喷雾冷却技术与微通道换热器冷却技术集成于同一系统，有效利用了二者的高换热系数优势，能够有效将高温冷却剂冷却，同时保证此冷却系统所需泵送功率较小；可持续高效地冷却机载电子设备，大大降低机载热沉的重量和体积，提高飞行器的续航能力并减少能源消耗。