CN101490496A

CN101490496A - 热流装置

Info

Publication number: CN101490496A
Application number: CNA2007800270850A
Authority: CN
Inventors: E·科隆戈; S·奥尔泰
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-07-22
Also published as: EP2044381B1; WO2008009811A1; RU2465531C2; US20090283251A1; FR2904102A1; CA2657777C; FR2904102B1; CA2657777A1; EP2044381A1; JP2009543997A; RU2009105499A; BRPI0713193A2

Abstract

一装置，其包括具有最大运行热条件并带有热源的设备(501)、一比设备冷的冷部分(502)和一能把设备的热传递给冷部分的零件(503)。对于大于确定阈值的热条件，零件(503)能引起对被传递的热的限制，其中该确定阈值低于所述最大条件。

Description

热流装置

技术领域

[01]本发明涉及热流装置。

背景技术

[02]在这样的装置中，力求排出任何热源(例如电路或电子器件)在设备处散发的热能(或热量)。

[03]为此传统上，通过导热零件使设备与相对设备冷的、作为冷源的的冷部分连接。

[04]因此，热量以与导热零件的热阻成反比的功率，穿过导热零件流动，这样允许排出在设备处产生的至少一部分热，并因此可避免设备过热。

[05]例如专利申请US 2003/0196787使用了该技术，另外，出于与设备运行有关的原因该专利申请提出减少热量在低温下的排放。

[06]发明人意识到，在实际中，特别是当形成冷源的部分不适于所有的温度和/或发散热功率条件时，这些方案可能具有危险，例如当所述冷部分由可燃材料或对温度升高敏感的材料形成时就是这种情况。

发明内容

[07]为了避免这些问题，本发明提出一种装置，该装置包括：具有最大运行热条件的、带有热源的设备；相对设备较冷的冷部分；和能把设备的热传递给冷部分的零件，其特征在于，对于高于确定阈值的热条件，该零件能引起对被传递的热的限制，其中所述确定阈值低于所述最大条件。

[08]因此，当满足这些热条件时(即例如当穿过零件传递的温度或热功率超过所述阈值时)，设备内部产生的热不再完全(甚至几乎不再)被传递给冷部分，因此避免了冷部分的过度受热。

[09]热条件例如相应于穿过零件传递的热功率。在这种情况下，零件可将被传递的热功率限值于该确定阈值。

[10]另外可至少在所述热条件下，通过一气态层将设备与冷部分基本分隔开，以便还可避免电现象(如电弧)在这些条件下传播，特别是避免电弧从设备向冷源的传播。

[11]无论热条件如何，例如都通过所述气态层使设备与冷部分分隔开，因此所述零件可包括至少一穿过所述气态层的暖管(caloduc)。

[12]在该范围内，利用对暖管可能传递的越过一定阈值的热功率加以限制，以便把该零件传递的热功率限制在该阈值。

[13]根据另一可能的方案，该零件包括至少一组成部分，所述组成部分在所述热条件下的状态变化(例如从液态变成气态)导致热阻增加，这也可限制传递的热量。这里利用一般与该状态改变有关的热阻增加。因而该组成部分在所述状态改变后可形成所述气态层，这是得到该气态层的实用方式。

[14]根据另一可考虑的实施方式，所述零件被构造成在所述热条件下失去与设备或冷部分的接触。也就是在这种情况下，不同构件之间接触的断开导致设备与冷部分之间的热通路中断，并因此限制热的传递。

[15]在这种情况下，零件例如包括至少一组成部分，所述组成部分在所述热条件下的状态改变导致接触的丧失。

[16]在该范围内可以考虑，所述组成部分在所述热条件以外参与从设备到冷部分的传导，并且由于其在所述热条件下的状态改变而退失，因此使设备与冷部分基本隔绝。

[17]根据另一方法——该方法也可与上面的方法结合，组成部分状态改变时的机械特性的变化，可能导致零件的一部分运动，因此导致所述接触的失去。

[18]还是在该情况下，零件可被构造成：组成部分的状态改变允许形成所述气态层(lame)。因此状态改变不仅使热通路中断，还可避免电现象的传播。

[19]在本文中，状态改变可以是从固态变化到液态，或者从液态变化到气态。

[20]该设备可以是燃料泵，而冷部分是液态燃料，例如是在航空器中的液态燃料；本发明在该背景下特别有意义，当然即便它还有许多其它应用，如对温度升高敏感的吸热设备元件、例如碳结构防护过热。

[21]因此以上提出的设置——其中某些是可选的——尤其允许排出设备、例如在燃料泵情况下的电子设备所产生的热，同时通过限制被传递的热以避免吸热设备(例如燃料)过热和避免电弧从设备向该吸热设备的传播。

[22]本发明还提出装配有这样的装置的航空器。

附图说明

[23]通过以下参照附图进行的描述，可了解本发明的其它特征和优点，附图如下：

[24]-图1A-1C表示本发明的第一实施例；

[25]-图2A-2C表示本发明的第二实施例；

[26]-图2D-2F表示图2A-2C所示的第二实施例的一变型；

[27]-图3A-3C表示本发明的第三实施例；

[28]-图4A-4C表示本发明的第四实施例；

[29]-图5A和5B表示本发明的第五实施例。

具体实施方式

[30]图1A表示在正常运行状态的本发明第一实施例。

[31]在该例中，包括热源(未示出)的热板101通过材料103连接于冷板102(例如装置的一结构部分)，所述材料103在对应于正常运行的额定温度T_nominale呈固态。

[32]材料103是热导体，因此它的热阻R_matériau较低。因此，热源在热板101处产生的热在正常运行条件下，穿过材料103朝起吸热设备或冷源作用的冷板102排放。

[33]材料103还选择成：该材料的熔解温度T_fusion低于或等于希望的最高运行温度T_max。这样的最高温度例如希望用于避免冷板102发生损坏或其它的负面结果，例如当冷板实施成可燃材料如航空器燃料的形式时发生火灾的危险性。

[34]因此，如图1B所示，当材料103的温度T例如由于脱离正常运行状态而达到材料103的熔解温度T_fusion时，材料103改变状态：材料103从固态变化到液态(在图1B中用标号103’表示)，这导致该材料从其与热板101和冷板102的最初接触位置退脱出(这里指该材料通过适当方式流出)。

[35]因此，如图1C所示，当热板101和冷板102之间的温度高于希望的最高温度T_max时，热板101和冷板102不再通过所述材料连接，而是被空气层106分开，空气层106的热阻R_air远高于所述材料的热阻R_matériau。

[36]因而借助于把冷板102与热板101分开的空气层106，使冷板102与热板101热隔绝；所述空气层106还起电绝缘体的作用，这样还可避免电能(例如以电弧的形式)从热板向冷板102传递。这个优点在热板101包括一电气或电子设备的情况下特别有利，该电气或电子设备可能出现的故障在冷板102处可能是很危险的，特别是当冷板102的温度达到高于希望的最高温度T_max时。

[37]例如将蜡用作材料103，蜡的热性能允许热传导，该热传导明显大于空气106的热阻允许的热传导。

[38]图2A表示本发明的第二实施例，其在正常运行状态，即例如在明显低于希望的最高温度的运行温度T_nominal下。

[39]在此例中，包括热源的设备201离开冷板202就位，并且该设备因此通过空气层206与冷板202分开。设备201另外通过由良好导热材料(即其热阻低)形成的热排管203连接于冷板202，因此热排管203部分地延伸在空气层206形成的空间中。

[40]通过在设备201的一部分与导热排管203之间插置呈固态的联接材料204，使热排管203保持接触于冷板202。另外，压缩弹簧205间置于排管203与冷板202之间，当排管203与冷板202接触时，弹簧205受到压缩。

[41]一方面排管203通过联接材料204与设备201连接，另一方面排管203与设备201的接纳联接材料204的部分之外的其它部分直接连接，例如在设备201的侧壁208处。

[42]当联接材料204处的温度在正常运行状态以外增加并达到联接材料204的熔解温度T_fusion时，联接材料204从固态变成液态(如图2B所示，其中液态的联接材料用标号204’表示)，并且按适当方式流到装置外。

[43]因此，排管203不再与冷板202保持接触，而是相反地，在弹簧205的作用下排管203远离冷板202。如图2C所示，由于排管203的移动及排管与冷板202接触的丧失，因而设备201和冷板202除弹簧205处外，被空气厚度(或空气层)206分开，弹簧205的导热率可忽略不计，因此通过空气层206使这两个零件基本隔绝。

[44]图2D表示在正常运行状态下刚描述过的第二实施例的一变型。

[45]和前面描述的第二实施例一样，包括热源的设备211离开冷板212就位，因此通过空气层216使设备211与冷板212分开。设备211另外通过热排管213与冷板212连接，热排管213由热阻低的材料形成，因此，热排管部分地延伸在空气层216形成的空间中。

[46]但是根据该变型，通过间置在导热排管213和一结构部分210之间的固态块体(bloc)214，来使热排管213保持承靠于冷板212。另外，和第二实施例一样，压缩弹簧215间置在排管213与冷板212之间，当排管213与冷板212由于固态块体214的存在而接触时，弹簧215被压缩。

[47]因此，根据本变型，固态块体214不一定参与热量流动。

[48]当固态块体214处的温度在正常运行状态以外增加、并达到构成块体214的材料的熔解温度T_fusion时，块体214从固态变成液态(如图2E所示，其中熔化中的块体用标号214’表示)，并且按适当方式流到装置外。

[49]因此，排管213不再与冷板212接触，而是相反地，在弹簧215的作用下排管213远离冷板212。由于排管213的移动以及排管和冷板212接触的失去，因此设备211和冷板212在除弹簧215处外，被空气厚度(或空气层)216分开，弹簧215的导热率可忽略不计，因此通过空气层216使这两个零件基本隔开。

[50]根据图2F所示的实施方式，排管213继续移动，直到该排管接触到结构部分210，因而该结构部分210在这种情况下轮到它可作为吸热设备(puits de chaleur)。

[51]图3A表示在正常运行条件下的本发明第三实施例。

[52]根据该例，产生热的设备301和作为冷源的冷部分302分别位于封围体305的上部分和下部分中。

[53]在封围体中设于设备301与冷部分302之间的空间，被热阻小的呈液态的联接材料303充填，并且该联接材料303形成设备301与冷部分302之间的热导通路。

[54]封围体305以密封方式接纳设备301、联接材料303和冷部分302。如下所述，当压力高于一阈值时，只有安全阀304可能允许排出液体，所述安全阀在被联接材料303充填的空间处深入到封围体中。

[55]联接材料303是这样的：其汽化温度近似相应于(并优选略低于)冷部分302处的希望最高温度。

[56]因此，当例如由于设备301的故障使得联接材料的温度超过汽化温度(并因此达到希望的最高温度)时，联接材料303在图3B所示的阶段中从液态变成气态(在封围体305的以前被与设备301接触的液体所占据的空间上部分中，自然出现呈气态的材料303’)。

[57]如图3B所示，密封的封围体305中的状态变化导致封围体内部压力上升，直到压力达到启动安全阀304的阈值，并且因此联接材料303的液态部分开始排出。

[58]如果温度继续增加到联接材料303的汽化温度以上，刚才描述并且图3所示的现象会一直持续到：封围体305的位于设备301和冷部分302之间的空间完全被联接材料的气相303’充填。

[59]因此原来由呈液态的联接材料303形成的热通路被中断，并且因此，冷部分302与设备301热隔绝，呈气态的联接材料的热阻远大于呈液态的联接材料的热阻。

[60]可注意到，联接材料的相态改变(即从液态变化到气态)也允许由气态层取代热通路，这样尤其可避免在设备301与冷部分302之间形成电弧。

[61]图4A表示在正常运行条件、即在温度(其中有额定运行温度)明显低于允许的最高温度下的本发明第四实施例。

[62]在该实施例中，封围体405在热板401(热板例如构成包含热源的设备的一部分，例如装配于航空器的燃料泵)的下延长部中形成。

[63]封围体405是密封的，并且在正常运行状态，封围体405在它的下部分中包括液态组成部分403。

[64]在封围体405内还部分地接纳有一热排管404：上部分406(这里基本为水平)延伸在封围体405的整个表面(这里是水平的)上，以便形成活塞，该活塞使封围体405的例如由空气充填的上部分、与封围体405的在正常运行状态下由液态组成部分403充填的下部分隔开。

[65]因此可以认为在正常运行下，排管浮置在液态组成部分403上。

[66]热排管404还包括一杆(这里基本是垂直的)，在图4A所示的正常运行状态下，该杆的下部分407与形成吸热设备的冷部分接触，这里该冷部分由航空器的液态燃料402形成。确切地说，在这种情况下，下部分407如图4A所示浸入到燃料402中。

[67]在图4A所示的正常运行构型(即尤其对于额定运行温度来说)中，通过热阻较低的材料即这里为封围体405的壁、液态组成部分403和热排管404，因此在设备401与冷部分402之间形成热通路。

[68]如图4B所示，当封围体405中的温度升高到额定运行温度之上(例如由于设备401的故障)、并达到液态组成部分403的汽化温度(优选将该汽化温度选择成稍微低于封围体405内允许的最高温度，最高温度例如相应于这样的温度：超过该温度，由于燃料402的存在而会出现危险)时，在封围体405的下部分中出现气相403’，并且该气相施加的压力趋于使热排管404向上移动，提请注意的是，前面提到该热排管的上部分406形成活塞。

[69]因此，在本身因液态组成部分403的状态改变而产生的压力的作用下所导致的热排管404运动，带动热排管的垂直部分、至少部分地移动到冷部分402以外，这就限制了热向该冷部分的传递并因此避免了该冷部分过度受热。

[70]但是如果温度又上升到液态组成部分403的汽化温度以上，则液态组成部分全部转变成气体，并且施加在封围体405下部分中的压力增加，使得排管404被驱动向上，直到排管的下部分407从形成冷源的燃料402露出，并离开冷部分402而结束它的行程。

[71]在该最终位置，位于排管404的下部分407与液态燃料402的表面之间的空间被热绝隔的和电绝缘的气体(例如空气)层充填，从而，设备401和形成冷源的液态燃料402被足够地热隔绝和电绝缘，以便避免燃料402发生火灾的任何危险。

[72]图5A表示本发明的第五实施例。

[73]根据该第五实施例，包括热源的设备(或热板)501通过空气层504与冷板502(例如一航空器结构零件)分开，以避免电弧在设备501与冷板502之间的传播。

[74]多根(图5A中为两根)暖管(或热管，接近于英文术语“heat-pipe”)503穿过空气层504，每根暖管503在一端部与设备501接触，而在另一端部与冷板502接触。作为变型，当装置中的热流尺寸允许时，可只采用单根暖管。

[75]例如以双相管形式形成的暖管，可向冷板502排出设备501内产生的热，并且这是在正常运行下，也就是当暖管传递的功率(或作为变型，暖管的温度)不超过一功率阈值P_seuil(相应地温度阈值)时。这里温度阈值或者指的是绝对温度值，或者为相对温度值，例如相对于暖管外部的温度。

[76]只要经过暖管的热功率小于阈值P_seuil(或相应地只要温度低于温度阈值)，暖管503的热阻R_th因此较低。

[77]但是暖管503是这样的：当穿过这些暖管的热功率大于该阈值P_seuil(相应地当温度高于温度阈值时)，暖管503的热阻R_th就剧烈增加，如图5B所示。

[78]在这些热条件(其相应于暖管的不同于通常条件的运行条件)下，也就是当达到该被传递热功率的阈值时(脱离暖管的正常运行)，暖管传递的功率被限制在该阈值。

[79]因此，即便设备产生的热功率大于暖管的功率阈值，该暖管达到饱和，因此只给冷板传递受到限制的热功率，这样就避免了冷板过度受热。因此继续部分地排热，但是不会对冷板造成危险。

[80]前面的实施方式只是本发明的一些不限于本发明的可能实施例。

Claims

1.装置，其包括：带有热源的设备，其具有最大热运行条件；相对所述设备较冷的冷部分；和能把所述设备的热传递给所述冷部分的零件，其特征在于，对于高于确定阈值的热条件，该零件能引起对被传递的热的限制，其中所述确定阈值低于所述最大热运行条件。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热条件相应于穿过所述零件传递的热功率。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该零件能把被传递的所述热功率限值于所述确定阈值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述设备和所述冷部分至少在所述热条件下基本由一气态层分开。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，无论所述热条件如何，所述设备和所述冷部分都被所述气态层分开；并且，该零件包括至少一穿过所述气态层的暖管。

6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述设备为燃料泵。

7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述冷部分为液态燃料。

8.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述冷部分为对于温度升高敏感的零件。

9.航空器，其装配有如权利要求1至8中任一项所述的装置。