电动高速运载器内外空间高效换热系统及运载器的制作方法

1.本实用新型涉及低气压环境下的高效散热技术领域，尤其涉及一种电动高速运载器内外空间高效换热系统及运载器。


背景技术：

2.目前最常用的低压环境下散热系统主要集中在高空高速飞行的航行器上，例如美国sr71战斗机，在24000m高空(约2900pa)环境下飞行速度达3.2马赫数，机身外表面与空气剧烈摩擦压缩产生大量热量，同时舱内大功率电气设备产生大量热量，sr71战斗机采用耐热机身材料和舱载燃油作为冷源热沉散热的方式，对运行过程中的热量问题进行处理。
3.现有的低压环境下高速运行的航行器，主要采用耐高温材料和以燃油为冷源热沉进行散热的方法，例如美国高超声速战斗机sr71，针对高速飞行过程中外表面产生高温气流，机身采用耐高温材料；针对内部大功率电气设备产生的大量热量，采用发动机引气，通过油箱换热将高温气流温度降低，再通过空气压缩制冷产生冷空气，对舱内环境进行散热。
4.针对运载器外部热环境，现有的技术方案采用被动热防护的方法进行应对，仅仅依靠自身结构耐热强度进行被动防护，长时间运行过程中，对外部结构材料会造成变形或者损坏，存在一定的失效风险；针对运载器内部热环境，现有的技术方案依靠发动机增压引气，然后利用燃油作为冷源热沉进行散热，在无发动机和燃油的电动高速运载器中，此方案无法实现。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种电动高速运载器内外空间高效换热系统及运载器，能够解决现有技术中依靠自身结构耐热强度进行被动防护以及在无发动机和燃油的电动高速运载器中无法利用燃油进行散热的技术问题。
6.根据本实用新型的一方面，提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，该超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统包括：冷却水循环微通道，冷却水循环微通道设置在运载器舱体内壁面；冷板换热器，电动高速运载器内部发热的电气设备设置在冷板换热器上；冰水冷源，冰水冷源内存储冰水混合物；动力泵，动力泵用于驱动冰水冷源内的冰水混合物在冷却水循环微通道、冷板换热器和冰水冷源之间循环。
7.进一步地，超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统还包括第一连接管道、第二连接管道、第三连接管道和第四连接管道，第一连接管道分别与动力泵和冷却水循环微通道连接，第二连接管道分别与冷却水循环微通道和冷板换热器连接，第三连接管道分别与冷板换热器和冰水冷源连接，第四连接管道分别与冰水冷源和动力泵连接。
8.进一步地，冷板换热器内设置有冷却水循环的微通道。
9.进一步地，冷却水循环微通道呈蛇形结构排布。
10.根据本实用新型的另一方面，提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器，该
超高速低真空管道电动高速运载器包括如上所述的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统。
11.应用本实用新型的技术方案，提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，该电动高速运载器内外空间高效换热系统利用运载器内部主动散热方式，实现低压密闭环境下，运载器内外环境散热，此实用新型一方面对运载器舱体结构损害较小，不需要采用耐高温的特殊材料，可以降低运载器生产成本和自身重量；另一方面，电动运载器没有燃油作为冷源热沉，也没有发动机可作为高压引气的气源，此实用新型通过自携带冰水混合物和主动循环冷却设计，完全实现系统散热自主可控，在提高整个系统的换热效率的同时，节约生产制造和运营成本。
附图说明
12.所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1示出了根据本实用新型的具体实施例提供的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统的结构示意图。
14.其中，上述附图包括以下附图标记：
15.10、冷却水循环微通道；20、冰水冷源；30、动力泵；40、第一连接管道；50、第二连接管道；60、第三连接管道；70、第四连接管道。
具体实施方式
16.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
18.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随
后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
19.如图1所示，根据本实用新型的具体实施例提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，该超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统包括冷却水循环微通道10、冷板换热器、冰水冷源20和动力泵30，冷却水循环微通道10设置在运载器舱体内壁面，电动高速运载器内部发热的电气设备设置在冷板换热器上，冰水冷源20内存储冰水混合物，动力泵30用于驱动冰水冷源20内的冰水混合物在冷却水循环微通道10、冷板换热器和冰水冷源20之间循环。
20.应用此种配置方式，提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，该电动高速运载器内外空间高效换热系统利用运载器内部主动散热方式，实现低压密闭环境下，运载器内外环境散热，此实用新型一方面对运载器舱体结构损害较小，不需要采用耐高温的特殊材料，可以降低运载器生产成本和自身重量；另一方面，电动运载器没有燃油作为冷源热沉，也没有发动机可作为高压引气的气源，此实用新型通过自携带冰水混合物和主动循环冷却设计，完全实现系统散热自主可控，在提高整个系统的换热效率的同时，节约生产制造和运营成本。
21.进一步地，在本实用新型中，为了实现冰水混合物在冷却水循环微通道10、冷板换热器和冰水冷源20之间的循环，超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统还包括第一连接管道40、第二连接管道50、第三连接管道60和第四连接管道70，第一连接管道40分别与动力泵30和冷却水循环微通道10连接，第二连接管道50分别与冷却水循环微通道10和冷板换热器连接，第三连接管道60分别与冷板换热器和冰水冷源20连接，第四连接管道70分别与冰水冷源20和动力泵30连接。
22.此外，在本实用新型中，为了对运载器内部发热的电气设备进行有效散热，冷板换热器内设置有冷却水循环的微通道。
23.作为本实用新型的一个具体实施例，为了提高高速运载器舱体结构的散热效率，可将冷却水循环微通道10配置为呈蛇形结构排布。
24.根据本实用新型的另一方面，提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器，该超高速低真空管道电动高速运载器包括如上所述的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统。
25.应用此种配置方式，提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器，由于本实用新型所提供的电动高速运载器内外空间高效换热系统利用运载器内部主动散热方式，实现低压密闭环境下，运载器内外环境散热，此实用新型一方面对运载器舱体结构损害较小，不需要采用耐高温的特殊材料，可以降低运载器生产成本和自身重量；另一方面，电动运载器没有燃油作为冷源热沉，也没有发动机可作为高压引气的气源，此实用新型通过自携带冰水混合物和主动循环冷却设计，完全实现系统散热自主可控，在提高整个系统的换热效率的同时，节约生产制造和运营成本。因此，将该电动高速运载器内外空间高效换热系统用于超高速低真空管道电动高速运载器中，能够极大地提高超高速低真空管道电动高速运载器的工作性能。
26.为了对本实用新型有进一步地了解，下面结合图1对本实用新型所提供的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统进行详细说明。
27.如图1所示，根据本实用新型的具体实施例提供了一种超高速低真空管道电动高
速运载器内外空间高效换热系统，该超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统包括冷却水循环微通道10、冷板换热器、冰水冷源20和动力泵30，冷却水循环微通道10设置在运载器舱体内壁面，电动高速运载器内部发热的电气设备设置在冷板换热器上，冰水冷源20内存储冰水混合物，动力泵30用于驱动冰水冷源20内的冰水混合物在冷却水循环微通道10、冷板换热器和冰水冷源20之间循环。
28.在本实用新型中，通过在低压密闭空间高速运行的电动运载器上携带冰水混合物，运载器运行前方舱体内壁面敷设冷却水循环微通道10，用于冷却水循环通道，内部发热的电气设备置于冷板换热器上，再通过管路将冰水混合物、舱体前方内壁面微通道、舱体内部电气设备散热冷板换热器连接起来，运行过程中，通过动力泵将冰水混合物中的冷却水泵送至需要散热位置，实现运载器外部高温气流和内部热源的系统性散热。
29.在本实施例中，在长距离低压密闭环境管道中，电动航行器以1000km/h高速运行时，航行器运行前端气流温度可能达几百上千摄氏度，同时舱内的大功率设备产生大量的热负荷，如果不采取一定的冷却措施，管道内外环境温度会急剧增加，进而影响运载器的正常运行。传统的散热方案需要外界低温介质作为冷源，在此运行环境无法实现。因此，可在运载器携带冰水混合物，在运载器前方结构内表面布置冷却水循环的微通道，大功率发热设备置于冷板上，冷板内部同样设置冷却水循环的微通道，最终通过管路和动力泵，将舱载冰水混合物中的冷却水循环流入微通道内，吸收外部高温空气和内部电气设备热负荷，最终流回水箱，将热量传递给冰水混合物。单次运行结束后，运载器自携带的冰水混合物吸收热量后变成高温水，排出运载器，下次运行前，再次进行低温冰水混合物的补给加注。
30.综上所述，本实用新型提供了一种超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，该实用新型通过使用冰水混合物主动散热的方法，可以降低对低压密闭环境下高速运载器舱体结构对热应力的要求，进而降低结构强度和运载器重量，减小运载器在高速运行过程中外部高温气流对结构件的损伤；对于没有进气道和发动机的电动运载器，此实用新型还可以解决内部电气设备带来的热负荷问题，提高整个系统运行的经济性和可维护性。
31.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
32.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
33.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
34.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，其特征在于，所述超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统包括：冷却水循环微通道(10)，所述冷却水循环微通道(10)设置在运载器舱体内壁面；冷板换热器，电动高速运载器内部发热的电气设备设置在所述冷板换热器上；冰水冷源(20)，所述冰水冷源(20)内存储冰水混合物；动力泵(30)，所述动力泵(30)用于驱动所述冰水冷源(20)内的冰水混合物在所述冷却水循环微通道(10)、所述冷板换热器和所述冰水冷源(20)之间循环。2.根据权利要求1所述的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，其特征在于，所述超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统还包括第一连接管道(40)、第二连接管道(50)、第三连接管道(60)和第四连接管道(70)，所述第一连接管道(40)分别与所述动力泵(30)和所述冷却水循环微通道(10)连接，所述第二连接管道(50)分别与所述冷却水循环微通道(10)和所述冷板换热器连接，所述第三连接管道(60)分别与所述冷板换热器和所述冰水冷源(20)连接，所述第四连接管道(70)分别与所述冰水冷源(20)和所述动力泵(30)连接。3.根据权利要求2所述的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，其特征在于，所述冷板换热器内设置有冷却水循环的微通道。4.根据权利要求1所述的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统，其特征在于，所述冷却水循环微通道(10)呈蛇形结构排布。5.一种超高速低真空管道电动高速运载器，其特征在于，所述超高速低真空管道电动高速运载器包括如权利要求1至4中任一项所述的超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统。

技术总结
本实用新型提供了一种电动高速运载器内外空间高效换热系统及运载器，该超高速低真空管道电动高速运载器内外空间高效换热系统包括：冷却水循环微通道，冷却水循环微通道设置在运载器舱体内壁面；冷板换热器，电动高速运载器内部发热的电气设备设置在冷板换热器上；冰水冷源，冰水冷源内存储冰水混合物；动力泵，动力泵用于驱动冰水冷源内的冰水混合物在冷却水循环微通道、冷板换热器和冰水冷源之间循环。应用本实用新型的技术方案，以解决现有技术中依靠自身结构耐热强度进行被动防护以及在无发动机和燃油的电动高速运载器中无法利用燃油进行散热的技术问题。用燃油进行散热的技术问题。用燃油进行散热的技术问题。


技术研发人员：赵明 李恒 毛凯 于斐 蔡天舒
受保护的技术使用者：中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院）
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/6/13