[发明专利]一种气液和液固耦合相变储能散热装置

说明书

本发明公开了一种气液和液固耦合相变储能散热装置，包含相变储能热沉模块和蒸发制冷循环模块；相变储能热沉模块包含N个相变储能热沉单元；蒸发制冷循环模块包含换热器、第一至第四阀门、压缩机、冷凝器、节流阀、分流器和若干和相变储能热沉单元一一对应的蒸发单元。相变储能热沉单元与热源直接接触，蒸发单元埋置其对应的相变储能热沉单元的相变材料之中。固态相变材料在极短时间内吸收热源全部热量熔化成液态，然后制冷循环蒸发器内液态制冷剂在间歇时间内通过流动沸腾吸收液态相变材料中的热量并使之重新凝固成固态。本发明能够有效去除机载高能设备瞬时超大热流，具有结构简单、安全可靠、散热效率高等优点。

技术领域

本发明涉及飞行器环境控制技术领域，涉及流动沸腾、熔化/凝固和强化换热等问题，尤其涉及一种气液和液固耦合相变储能散热装置。

背景技术

随着机载高能设备热流密度的不断攀升，亟需采用高效的散热技术以确保其稳定运行。虽然传统的风冷和液冷作为主动散热技术已被广泛应用，但仍无法满足脉动热流条件下瞬时热流超大的高能设备的散热需求。

相变储能技术作为一种新型被动散热技术，利用相变材料（PCM）的熔化反应吸收大量潜热，将热量暂时存储起来，起到能量缓冲的作用，再通过其他散热方式散发到环境中。该技术具有储能密度高、温度恒定以及易控制等优点。蒸发循环制冷技术利用制冷液的流动沸腾吸收大量潜热，性能系数（COP）则远高于风冷和液冷等单相散热技术。

耦合上述两种散热技术，先利用相变储能技术存储高能设备的脉动热流，再通过蒸发循环制冷技术将热量散走，可有效解决机载高能设备的散热问题。目前相关报道还很少，因而很有必要对此加以研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对当前机载高能设备瞬时超大热流难以有效去除的问题，提出一种气液和液固耦合相变储能散热装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种气液和液固耦合相变储能散热装置，包含相变储能热沉模块和蒸发制冷循环模块；

所述相变储能热沉模块包含N个相变储能热沉单元，所述N为大于等于1的整数；

所述相变储能热沉单元包含壳体、相变材料、压力传感器、第一热电阻和第二热电阻；

所述壳体为采用导热材料制成空心密闭柱体，其下端面和需要进行散热的热源直接接触，且下端面的外壁上设有用于测量热源表面温度的热电偶；

所述相变材料设置在壳体内的腔体内、和所述腔体的上壁面之间留有空气层；

所述压力传感器、第一热电阻、第二热电阻分别设置在所述空气层、相变材料的上部、相变材料的下部，分别用于测得空气层的压力、相变材料上部的温度、相变材料下部的温度；

所述蒸发制冷循环模块包含换热器、第一至第四阀门、压缩机、冷凝器、节流阀、分流器和若干和所述相变储能热沉单元一一对应的蒸发单元；

所述分流器包含一个入口、以及若干个和所述蒸发单元一一对应的出口；

所述蒸发单元包含流量计和蒸发器；

所述蒸发器设置在蒸发单元对应的相变储能热沉单元相变材料中，一端和所述流量计的一端管道相连、另一端和所述第二阀门的一端管道相连；所述流量计的另一端和蒸发单元对应的分流器出口管道相连；

所述第二阀门的另一端分别和压缩机的入口、第四阀门的一端管道相连；

所述压缩机的出口、冷凝器、节流阀的入口依次管道相连；

所述第四阀门的另一端、换热器、第三阀门的一端依次管道相连；

所述节流阀的出口分别和所述第三阀门的另一端、第一阀门的一端管道相连；所述第一阀门的另一端和所述分流器的入口管道相连。