一种用于临近空间的主动液冷散热装置

1.本发明涉及临近空间设备技术领域，尤其涉及一种用于临近空间的主动液冷散热装置。


背景技术：

2.临近空间是一段十分特殊的地球空间，其横跨平流层、中间层和低热层。临近空间空气稀薄，不利于体积小、功耗高的器件辐射散热，容易造成其上热量的堆积，使其不能正常工作，而采用传统的依靠风扇散热的方式也并不适用于临近空间空气稀薄的环境。
3.目前搭载于临近空间浮空器平台的光学载荷除特殊应用外一般均需配置用于成像防抖的稳定平台，相机安装于该稳定平台上，会随稳定平台一起运动，而稳定平台承载能力有限，这对散热装置的体积和重量提出了更高的要求，因此如何突破这些限制完成对临近空间载荷进行散热是急需解决的难题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于临近空间的主动液冷散热装置，该装置采用冷流体主动循环散热的方式，具有体积小、重量轻、结构简单、可随稳定平台在一定范围内移动的优点，可解决临近空间光学载荷因散热不良导致设备过热，从而无法正常工作的问题。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种用于临近空间的主动液冷散热装置，所述装置包括换热器、微泵、管路、高换热性能冷板以及电控系统，其中：
7.所述换热器安装在相机的热源端；
8.所述高换热性能冷板安装在临近空间载荷舱外舱壁上；
9.所述换热器与高换热性能冷板之间通过所述管路相连，并在所述管路上安装有所述微泵；其中，在所述管路内设置有冷流体；
10.所述电控系统与所述微泵电连接，为所述微泵提供主动循环的动力，使所述管路内的冷流体携带热量从热源端运送至所述高换热性能冷板，并在完成与临近空间外部环境的热交换后再返回，如此循环往复保证热源端及时散热。
11.由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置采用冷流体主动循环散热的方式，具有体积小、重量轻、结构简单、可随稳定平台在一定范围内移动的优点，可解决临近空间光学载荷因散热不良导致设备过热，从而无法正常工作的问题，适用于临近空间的探测载荷，特别适用于配有稳定平台的光学载荷。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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
附图。
13.图1为本发明实施例提供的用于临近空间的主动液冷散热装置的整体结构示意图；
14.图2为本发明实施例所述装置的传热路径示意图；
15.图3为本发明所述装置具体应用的一个实施例。
具体实施方式
16.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
17.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
18.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
19.如图1所示为本发明实施例提供的用于临近空间的主动液冷散热装置的整体结构示意图，所述装置包括换热器2、微泵3、管路4、高换热性能冷板5以及电控系统6，其中：
20.所述换热器2安装在相机1的热源端；
21.所述高换热性能冷板5安装在临近空间载荷舱外舱壁上；具体实现中，该外舱壁的温度与临近空间低温环境温度一致，可作为有效可靠的冷端；
22.所述换热器2与高换热性能冷板5之间通过所述管路4相连，并在所述管路4上安装有所述微泵3；其中，在所述管路4内设置有冷流体；
23.所述电控系统6与所述微泵3电连接，为所述微泵3提供主动循环的动力，使所述管路4内的冷流体携带热量从热源端运送至所述高换热性能冷板5，并在完成与临近空间外部环境的热交换后再返回，如此循环往复保证热源端及时散热，如图2所示为本发明实施例所述装置的传热路径示意图。
24.具体实现中，所述换热器2与相机1的热源端的接触面，以及所述高换热性能冷板5与临近空间载荷舱外舱壁的接触面的平面度均不低于0.1；且在各接触面上均涂覆高导热性能导热硅脂，以减小接触面的热阻，增强换热性能。
25.所述装置安装于临近空间载荷舱内，为了隔绝舱内环境向该装置漏热，需要在所述换热器2、管路4及高换热性能冷板5上包覆多单元多层隔热组件。
26.所述管路4采用pvc软管，其优点是柔性好、任意弯折、重量轻、耐腐蚀、耐低温；所述管路4的接口采用高压密封接头，保证临近空间低气压下装置接口的可靠运行，降低泄露风险；所述管路4内的冷流体采用乙二醇水溶液。
27.所述微泵3采用直流无刷电机，振动小且能够在低气压环境下安全工作；采用隔振安装的方式进行安装，以减小正常工作过程中产生的振动对稳定平台的影响，同时所述管路4的柔性可有效阻止微泵3引起的震动传递。
28.另外，所述电控系统6采用24v-36v的直流电源供电，控制所述微泵3工作，为所述管路4内的冷流体的主动循环提供动力。
29.具体实现中，所述换热器2和高换热性能冷板5具体参数的选取，需要根据具体的输入条件，通过理论计算和模型仿真反复迭代得到。
30.举例来说，如图3所示为本发明所述装置具体应用的一个实施例，其中：相机的主要热源来自需要深度制冷至-60℃的ccd探测器，并且ccd探测器内部已经集成了tec制冷器，该制冷器的热端热量采用本发明装置进行散热，且tec制冷器可作为本装置的换热器使用；管路的液冷输入口和输出口与tec制冷器(即换热器)采用高压密封接头相连。
31.本实施实例中输入条件为：载荷舱内温度10℃～20℃，外舱壁温度小于-30℃，外舱壁尺寸1m
×
1m可以作为散热面；ccd探测器和tec制冷器总功耗小于40w，探测器周围无大热源器件或设备；稳定平台俯仰角-40
°
～40
°
,横滚角-40
°
～40
°
,方位角-10
°
～10
°
。根据输入条件，建立主动液冷散热装置三维模型，通过分析得到相应的温度云图(单位为k)，热分析结果表明：ccd探测器采用本发明的主动液冷散热装置后，可以使tec热端温度降至低于25℃，保证其正常工作。
32.值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。例如选用不同尺寸、规格、型号的换热器；选用不同材质的冷流体；选用不同型号的微泵等，这些更改和变化不脱离本发明的实质范围。
33.综上所述，本发明实施例所述装置的有益效果在于：
34.1)换热器体积小、重量轻、结构简单，特别适合承载能力有限的平台，同时针对一些如实施实例中具备换热器的设备，本装置也同样适用，便于集成；
35.2)由于热源和冷板之间采用柔性连接，所以本实施例的装置可以为具有一定范围的俯仰角(-40
°
～40
°
)、横滚角(-40
°
～40
°
)以及方位角(-10
°
～10
°
)的部件散热。
36.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术特征：
1.一种用于临近空间的主动液冷散热装置，其特征在于，所述装置包括换热器、微泵、管路、高换热性能冷板以及电控系统，其中：所述换热器安装在相机的热源端；所述高换热性能冷板安装在临近空间载荷舱外舱壁上；所述换热器与高换热性能冷板之间通过所述管路相连，并在所述管路上安装有所述微泵；其中，在所述管路内设置有冷流体；所述电控系统与所述微泵电连接，为所述微泵提供主动循环的动力，使所述管路内的冷流体携带热量从热源端运送至所述高换热性能冷板，并在完成与临近空间外部环境的热交换后再返回，如此循环往复保证热源端及时散热。2.根据权利要求1所述用于临近空间的主动液冷散热装置，其特征在于，所述换热器与相机的热源端的接触面，以及所述高换热性能冷板与临近空间载荷舱外舱壁的接触面的平面度均不低于0.1；且在各接触面上均涂覆高导热性能导热硅脂。3.根据权利要求1所述用于临近空间的主动液冷散热装置，其特征在于，所述装置安装于临近空间载荷舱内，在所述换热器、管路及高换热性能冷板上包覆多单元多层隔热组件。4.根据权利要求1所述用于临近空间的主动液冷散热装置，其特征在于，所述管路采用pvc软管；所述管路的接口采用高压密封接头；所述管路内的冷流体采用乙二醇水溶液。5.根据权利要求1所述用于临近空间的主动液冷散热装置，其特征在于，所述微泵采用直流无刷电机，并采用隔振安装的方式进行安装。6.根据权利要求1所述用于临近空间的主动液冷散热装置，其特征在于，所述电控系统采用24v-36v的直流电源供电，控制所述微泵工作，为所述管路内的冷流体的主动循环提供动力。

技术总结
本发明公开了一种用于临近空间的主动液冷散热装置，包括换热器、微泵、管路、高换热性能冷板以及电控系统，所述换热器安装在相机的热源端；所述高换热性能冷板安装在临近空间载荷舱外舱壁上；所述换热器与高换热性能冷板之间通过所述管路相连，并在所述管路上安装有所述微泵；其中，在所述管路内设置有冷流体；所述电控系统与所述微泵电连接，为所述微泵提供主动循环的动力，使所述管路内的冷流体携带热量从热源端运送至所述高换热性能冷板，并在完成与临近空间外部环境的热交换后再返回，如此循环往复保证热源端及时散热。该装置采用冷流体主动循环散热的方式，具有体积小、重量轻、结构简单、可随稳定平台在一定范围内移动的优点。可随稳定平台在一定范围内移动的优点。可随稳定平台在一定范围内移动的优点。


技术研发人员：孙岩 黄旻 钱路路 王占超 赵益昕
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/6/7