一种基于发汗冷却原理的红外伪装散热装置

本发明涉及一种基于发汗冷却原理的红外伪装散热装置，属于红外伪装技术应用领域。

背景技术：

1、能源供给是战争中最基础的一环，保障能源系统的安全就是保障军队的作战力。不管是传统利用化石燃料的发电系统还是先进的核能发电系统或是其他分布式发电方式，都会产生废热。由于能源系统需要将废热排出，需要安装冷却管道及各种散热器。

2、对于大型的有厂房式的发电系统，发电系统一部分废热可以通过修建的厂房建筑排出，大部分通过发电系统的冷却管道及散热器排出。根据热力学定律，散热器温度必须高于环境温度才能进行散热，且散热温差越大，散热效率越高。由于地理条件限制，能源系统整体(包括散热器)无法隐藏于山洞、地下或水下。通常情况下，为提高散热效率，散热系统往往是无遮盖或简易遮盖地暴露在大气环境中，使得各发电系统建筑相对于普通建筑，有明显的红外高温标记及外形结构，易被红外技术探测到而成为被打击目标。此外，敌军可以通过发电厂的工作时段、工作时长、工作强度(散热装置与背景温差)来推算发电厂的性质是民用还是军用，发电厂的发电规模，进而推算我方的补给情况及战斗规模。如不进行伪装，不仅会使能源站易受到打击，还容易暴露过多作战信息，使我方陷入被动。

3、对于适用于野外的分布式发电方式，如柴油发电车、燃料电池发电车，其发电系统与散热设备集合在一起，工作时温度明显高于环境温度，产生易被侦测的红外信号。如不进行伪装，进行夜战或游击的小股部队的战斗力将被大大削弱，从而使得我方受到限制。

4、如果为了降低被侦测风险而主动减少与环境的温差，势必会降低散热效率，这可能会对发电系统造成损坏。并且环境温度受四季、昼夜的影响变化幅度较大，主动控制散热系统随环境变化难度大，系统损坏的风险增加。

5、伪装涂料是目前红外伪装的重点之一。红外伪装材料具有隔断目标的红外辐射能力，同时在大气窗口波段内，具有低的红外发射率和红外镜面反射率。现有技术中，伪装涂料面临酸雨、紫外线照射时，涂料中大部分树脂分子键断裂，树脂降解而损失强度。同时，伴随着伪装涂料颜料分子的降解，其伪装性能会降低甚至失去原有的伪装效果。且由于战场的不确定性，发电站或分布式电源的工况不一定是恒定的，散热温度会动态变化，因此，针对某一温度区间的伪装涂料在变工况下性能会降低。且发电站或分布式电源的散热需求是客观存在的，因此，通过涂料手段并不能解决。所以通过红外伪装涂料来使发电站或分布式电源达到红外伪装的效果还存在许多问题。

6、发汗冷却是20世纪40年代被提出的一种针对高温壁面的热防护方法。冷却剂通过多孔壁面对流换热后渗出与高温主流掺混,并增厚固体壁面上高温主流边界层,从而削弱高温主流导入固体壁面的热量。固体壁面常用层板材料、烧结颗粒多孔和烧结丝网多孔制成，近年来陶瓷基复合材料因其天然的孔隙结构和优异的耐高温性能，也成为发汗冷却技术中的重要多孔材料。当冷却剂在多孔壁面内吸热发生相变，称为相变发汗冷却。相变发汗冷却由于液态冷却剂良好的对流换热能力以及相变潜热带来的热沉，大大提升了冷却能力、且冷却剂消耗量少。

7、为了实现能源系统及散热器的红外隐身，能源系统特别是散热器与环境温差需小于3℃。由于环境温度不断变化，需要实时调整散热器温度，难度较大，且散热温差小导致散热器体积较大。为此，借鉴植物的蒸腾作用，提出伪装技术。散热系统伪装为植物单体或植物群，简化散热系统调控的同时，可以提高散热温差。这种红外伪装技术，使在红外探测过程中，或者探测不到，或者探测结果为植物群。

8、综上，本专利将应用于高温冷却中的发汗冷却技术改良后应用于常温区，构建了基于发汗冷却结构的红外伪装散热装置。将发汗冷却结构加工成各种植物单体或植物群的形状，从而将高温待伪装面与植物表面温度或环境的背景温度控制在容许温差范围内。从而实现在红外标记上不易察觉被伪装面，在图像轮廓上与植物也相差不大。且可以通过改变冷却液流量及种类以模拟植物在当时环境中的吐水与蒸腾现象，以此来提高伪装的成功率，大大减小了发电系统或者分布式电源被侦测出的风险。本发明的红外伪装散热装置具有结构简单，造价低廉的有点，且适用于全天候、变工况条件。

技术实现思路

1、本发明设计了应用于常温区的发汗冷却结构，提出了基于发汗冷却原理的红外伪装散热装置。该红外伪装散热装置为一种柔性的复合多层结构，可以附着在军事建筑或设施外表面，或被加工成各种植物单体或植物群的形状。当待伪装面温度升高需要散热时，将配制的低沸点冷却液注入红外伪装散热装置，低沸点冷却液在蒸发层吸热相变蒸发，模拟植物在当下环境中的吐水与蒸腾现象，最终将待伪装面上的热量释放到环境中去。此外，这种红外伪装散热装置，能够使伪装在红外探测过程中，要么探测不到，要么探测结果为植物单体或植物群，从而达到红外伪装的目的。

2、本发明装置是通过下述技术方案实现的：

3、一种基于发汗冷却原理的红外伪装散热装置，该红外伪装散热装置由发汗冷却结构构成，可以被加工成用于模仿植物轮廓的形状，或作为覆盖材料铺设在军事高温建筑的外表面，其主要结构包括：外部防护层(2)，发汗层(3)，注液层(4)，内部防护层(5)以及高温待伪装面(6)。其中，发汗层(3)包括靠近外部防护层(2)的蒸发层(32)和靠近注液层(4)的蓄水层(31)这两部分。内部防护层(5)包括靠近高温待伪装面(6)的绝热层(52)和覆盖在绝热层(52)外的防潮层(51)，绝热层(52)用于初步隔绝高温待伪装面(6)的热量，从而减小红外辐射泄漏；防潮层(51)用于隔绝注液层(4)和高温待伪装面(6)，从而防止注液层(4)中的冷却剂腐蚀或锈蚀高温待伪装面(6)。绝热层(52)材料可以选用各类低导热系数发泡材料。

4、防潮层(51)为各类防水耐腐蚀材料，并能隔绝高温待伪装面(6)及其以下部分。

5、注液层(4)中的冷却液由注液泵输入，冷却液经渗透孔(41)扩散至发汗层。

6、注液层(4)中冷却液可以是水，或根据不同散热需求配制的改性溶液，比如，丙二醇改性溶液、乙醇溶液、乙醚溶液等。

7、发汗层(3)包括蒸发层(32)和蓄水层(31)；蓄水层(31)用于吸收注液层(4)中冷却液；注液层(4)中的冷却液在蒸发层(32)中蒸发吸热，从而进一步减小红外辐射。

8、蒸发层(32)为多孔结构，可以是金属颗粒烧结结构，陶瓷基复合材料等。

9、蓄水层(31)为纤维结构，可以是铝硅酸盐纤维。

10、蓄水层(31)与注液层(4)建有密集排列的渗透孔(41)，以便于冷却液均匀渗透到蓄水层(31)中，此外，渗透孔(41)能抑制冷却液在蓄水层中的横向移动，从而缓解发汗冷却过程中的气堵问题。

11、外部防护层(2)为隔水透气膜。

12、将发汗冷却伪装结构加工成植物时，植物树干部分中心由内而外分别为注液层(4)、发汗层(3)、外部防护层(2)。

13、调节冷却液流量及种类，以模拟植物在当时环境下的吐水与蒸腾现象。

14、有益效果：

15、本发明提出的伪装方法，对比已有技术，能够

16、1.对伪装面进行降温，减小红外辐射。

17、2.伪装成植物形态，可以进行温度控制并模仿被伪装物的生理过程，植物蒸腾。

18、4.在红外成像上具有植物单体或植物群的外形及红外特征，达到伪装的效果。

19、5.本伪装方法使用的散热器表面利用了潜热散热量大的特征，提高了散热密度，减小了散热体积，降低了暴露风险。

20、6.发汗冷却结构包括防护层，发汗层，注液层，绝热层和绝热层，提高了伪装的可控性、稳定性、耐久性。