(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210525129.9 (22)申请日 2022.05.14 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 冯慧成　李想　 (74)专利代理 机构 西安凯多 思知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61290 专利代理师 云燕春 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种冷却系统及应用 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 114938605 A 2022.08.23 CN 114938605 A 1.一种冷却系统， 其特征在于： 包括喷雾冷却模块和微通道换热器； 吸热后的冷却剂流 经所述微通道换热器， 通过所述喷雾冷却模块对微通道换热器表面进行喷雾冷却， 降温后 的冷却剂返回机载电子设备， 继续对机载电子设备进行冷却。 2.根据权利要求1所述冷却系统， 其特征在于： 所述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； 所述换热组件包括壳体、 分流器、 换热通道、 集流器， 壳体为外形扁平的空腔结构； 所述 分流器和集流器设置于空腔的两端， 换热通道设置于空腔中部， 并将分流器和集流器连通； 所述进口管路与分流器连通， 出口管路与集 流器连通； 由进口管路输入的冷却剂流经分流器， 被分为若干支路后流入换热通道， 从换热通道 流出的冷却剂再由集 流器进行汇聚， 导 流至换热器出口管路。 3.根据权利要求2所述冷却系统， 其特征在于： 所述壳体两端为圆弧型结构， 靠近两端 圆弧外缘的中部各开一通孔， 分别作为与进口管路、 出口管路的连接口； 所述进口管路、 出 口管路分别与分流器、 集 流器垂直连通。 4.根据权利要求2或3所述冷却系统， 其特征在于： 所述分流器位于连接进口管路一端， 包括多个直线 型导流片； 多个直线型导流片呈辐射状排布于与所述进口管路连接的通孔下 方， 将流入的冷却剂分为若干支流。 5.根据权利要求4所述冷却系统， 其特征在于： 所述换热通道包括沿展向并列设置的多 个通道， 与所述分流器中直线型导 流片分隔的支路一 一对应连通。 6.根据权利要求5所述冷却系统， 其特征在于： 所述换热通道中各通道的截面为圆形、 方形或多边形； 通道当量 直径为0.1m m～1mm。 7.根据权利要求5所述冷却系统， 其特征在于： 所述集流器位于连接出口管路一端， 包 括多个圆弧型导流片； 多个圆弧型导流片呈辐射状排布于与所述出口管路连接的通孔下 方， 由多个圆弧型导流片分隔的支路与换热通道中的各通道一一对应连通； 将换热通道流 出的冷却剂汇聚， 并从出口管路导出。 8.根据权利要求1所述冷却系统， 其特征在于： 所述喷雾冷却模块包括两个喷雾喷嘴阵 列、 储水罐、 工质泵、 连接管路； 两个所述喷雾喷嘴阵列分别固定于所述微通道换热器的两 侧， 并分别通过 连接管路、 工质泵与储水 罐连通； 所述储水罐中的工质水由工质泵提供动力， 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。 9.根据权利要求8所述冷却系统， 其特征在于： 所述喷雾喷嘴阵列包括呈阵列布置的多 个喷嘴， 喷嘴均朝向微 通道换热器， 保障喷雾液滴均匀覆盖微 通道换热器表面。 10.一种权利要求1 ‑9任一项所述冷却系统的应用， 其特征在于， 所述冷却系统应用于 机载电子 设备， 机载电子 设备的热量传递给冷却剂， 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冷却， 进而实现微通道换热器内冷却剂的强化换 热， 降温后的冷却剂返回机载电子设备。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114938605 A 2一种冷却系统及应用 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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。 [0004]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。 [0005]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。 [0006]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。 [0007]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说　明　书 1/5 页 3 CN 114938605 A 3