深空网发射系统大功率散热技术：液冷系统

在DSF1的发射分系统中，10kW速调管功放是核心设备之一。由于DSF1的10kW S/X频段速调管高功放工作时发热量大，故采取液冷和风冷相结合的方式对其进行冷却。

为了保证大功率速调管的正常工作，设计了合理的液冷系统及时将热量从收集极、超大功率微波元器件带走，并减少水垢在它们表面的形成，同时应采取措施减少冷却液对收集极的腐蚀以及冷却系统中不同金属之间产生的电化学腐蚀。速调管的收集极、高频互作用段（谐振腔和管体）、输出窗以及聚焦线包采用强迫液冷方式，电子枪采用强迫风冷。

线性高压电源是速调管功放的主要组成部分。通常，线性电源效率较低，除了提供给速调管工作的电压和电流外，其余的能量全部转化成热能。为了保证高压电源正常工作，我们设计了合理的风冷系统，及时把高压电源产生的热量从机柜里面带走。

技术指标

冷却形式：压缩机制冷+强制风冷；
冷却介质：去离子水+乙二醇防冻液；
热耗分布：所有（共7个）高密度发热体的总负载为120kW；
水路分配：分7路并联；
冷却液流量分配：系统总供液流量≥209L/min；（其中：收集极≥100L/min，管体≥10L/min，窗体与波导≥10L/min，聚焦磁场线包≥10L/min，大功率水负载≥50L/min，机柜发热负载≥15L/min，馈源≥14L/min。）
冷却液供液温度：15~25℃；
冷却液回液温度：≤30℃；
冷却液输出总压力：≥0.6MPa，≤1.0MPa；
系统水路的清洁度要求：系统中设100μm过滤器；
冷却液电阻：>1MΩ/cm；
噪声：室内单元≤50dB。

组成

S、X频段功放液冷系统分别由液冷系统主机、循环冷却液分配柜、切换机柜、管路及阀门等组成。液冷系统主机放置于室外平台上，通过不锈钢管路与负二层高功放机房里的循环冷却分配柜相连，收集极、管体、窗体与波导、聚焦磁场线包通过软管直接由循环冷却液分配柜供应冷却液，机柜的发热负载、大功率水负载、天线馈源由循环冷却液分配柜与切换机柜相连后供应冷却液。液冷系统主机、循环冷却液分配柜、切换机柜连接关系如图3-57所示。

图3-57　液冷系统主机、循环冷却液分配柜、切换机柜连接图

从功能方面，液冷系统由供液系统、压缩机制冷系统、强制风冷换热系统、电气控制系统等组成。供液系统由水泵、水箱、三通调节阀、管路与相关附件组成，压缩机制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、冷凝风机、热力膨胀阀、管路与相关附件组成，强制风冷换热系统由强制风冷换热器、风机、管路与相关附件组成，电气控制系统由控制箱、控制器（温度、流量、压力等控制器）、可编程控制器（PLC）等组成。

工作原理

从原理上讲，液冷系统由水泵、大功率制冷装置、强制风冷装置、液冷循环系统、冷风循环系统、电气控制显示系统等组成。在液温高于25℃时，大功率制冷压缩机组工作，为液冷系统提供冷源；当液温低于25℃时，大功率制冷压缩机组停止工作，当室外温度介于0~25℃之间时由强制风冷系统提供冷源。低温冷却液箱提供7路压力、流量、温度、水质满足要求的冷却液给高密度发热体（速调管等）；冷却液吸热后经集水器合流后送换热器组，与换热器组中的冷源进行热交换，从而带走高密度发热体的热量，保证高密度发热体在良好的环境下工作；然后经冷却后的冷却液返回机组水箱，由循环水泵提升压力，再送给高密度发热体吸收热量，再送换热器组与冷源进行热交换。如此循环下去，便形成了液冷循环系统，工作原理如图3-58所示。