CN114543567A - 活门冷却组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活门冷却组件。活门冷却组件包括：连接到所述引气活门和所述核心罩的导热件；其中，导热件为柔性导热板，柔性导热板分别与核心罩的至少一部分的内壁面和引气活门直接接触，以使热量借助于柔性导热板在所述引气活门和核心罩的至少一部分的内壁面之间热传导；柔性导热板包括基板以及覆盖在基板上的碳纳米管阵列，除导热板的热传导冷却之外，还能通过用作散热翅片的碳纳米管进行对流换热冷却。根据本发明的活门冷却组件重量小、易安装，对发动机振动不敏感，无需额外引气，避免外涵道压力损失，解决了燃油代偿损失带来的油耗增加问题。

Description

活门冷却组件

技术领域

本发明涉及飞机短舱内引气活门冷却装置，特别地，涉及一种使用柔性导热材料进行活门冷却的装置。

背景技术

在民机系统中，气源系统通常从发动机引出高温高压气体，供给下游用气系统，如空调系统、机翼防冰系统等，气源系统通过引气活门控制发动机引气，包括中压活门、高压活门和压力调节关断活门。

引气活门安装在发动机短舱的核心舱内部，环境温度高达500℃以上。但是引气活门的力矩马达和作动器的密封垫耐温能力仅有200℃左右，因此在短舱内高温传热下活门表面极易超温，显著降低活门的使用寿命。

目前民机中使用解决方法的是从发动机外涵道引入通风管路，由通风管路向引气活门提供通风冷却气流。由于通风管路由多段管道组成，在活门位置既定的情况下，需要多次调整管道才能将最终管道出口通向引气活门，增加安装和制造成本。同时，从发动机外涵道引气用于通风冷却会增大发动机的燃油代偿，增加油耗。核心罩外壁面是风扇外涵道，在发动机工作时风扇外涵道低温气流使得核心罩表面温度远低于活门表面温度，是天然的热沉。

综上所述，对比现有的系统，需要一种方法或者装置在降低活门表面温度的同时，减少安装制造成本，并尽量避免其他不利影响。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种用于发动机短舱中的活门冷却组件，该活门冷却组件包括导热件，所述导热件分别连接到引气活门和发动机短舱的核心罩；其中所述导热件为柔性导热板，所述柔性导热板通过第一固定装置固定到所述引气活门上，所述柔性导热板通过第二固定装置固定到所述核心罩的至少一部分的内壁面，所述柔性导热板分别与所述核心罩的至少一部分的内壁面和所述引气活门直接接触，以使热量借助于所述柔性导热板在所述引气活门和核心罩的至少一部分之间传导，所述柔性导热板包括柔性基板以及覆盖在所述基板上的碳纳米管阵列。

根据本发明的一个方面，碳纳米管为细长形的，所述碳纳米管的直径为纳米量级，所述碳纳米管长的长度为微米量级。较佳地，碳纳米管的长度方向基本垂直于导热板。

根据本发明的另一个方面，所述第一固定装置包括X型固定装置，所述X型固定装置具有相互交叉的两个固定条。

较佳地，所述两个固定条相交的中点彼此固定，并且，当所述中点彼此固定后，每一个所述固定条的两端进一步被固定，以将所述柔性导热板的第一端部抵靠到所述引气活门的外表面上。

由此，当中点固定之后，X型固定装置能够根据预安装位置灵活地进行调整，从而方便后续固定条的端部的固定。

根据本发明的另一个方面，所述第二固定装置包括用于固定所述柔性导热板的第二端的C型固定装置，该C型固定装置包括单条固定条，单条固定条的两端通过紧固件固定到所述内壁面，以将所述柔性导热板的第二端部抵靠到所述内壁面。

根据本发明的再一个方面，所述柔性导热板的所述基板为柔性导热基板，可由柔性平板热管或柔性薄膜组成。

较佳地，柔性导热板的基板包括盖板、多孔材料的吸液芯、基底和充液管，其中所述盖板和所述基底形成空腔，所述吸液芯布置在所述空腔中，所述充液管布置成将传热介质填充到所述吸液芯，碳纳米管阵列被设置在基板中的盖板上。

根据本发明的再一个方面，柔性导热板的所述基板包括两层金属箔以及位于所述两层金属箔之间的石墨薄膜，其中所述碳纳米管阵列位于所述两层金属箔中的一层上。

本发明一方面利用核心罩壁面和活门表面的温度差通过热传导快速冷却活门表面，同时又利用柔性导热材料表面覆盖的碳纳米管阵列进行对流换热冷却，管径纳米级，长度微米级，相当于具有很大长径比的翅片，增大了换热面积。本发明同时结合了两种散热方式，由此显著提高了冷却效率。

根据本发明的冷却组件重量小、易安装，对发动机振动不敏感，无需额外引气，避免外涵道压力损失，解决了燃油代偿损失带来的油耗增加问题。

附图说明

为了更完全理解本发明，可参考结合附图来考虑示例性实施例的下述描述，附图中：

图1示出了根据本发明一较佳实施例的活门冷却组件的立体图。

图2示出了根据本发明一较佳实施例的活门冷却组件的柔性导热板的基板的分解立体图。

图3示出了根据本发明另一较佳实施例的活门冷却组件的柔性导热板的基板的分解立体图。

附图标记列表

10冷却组件

20引气活门

30核心罩

31内壁面

50导热板

51第一端部

52第二端部

53第一固定装置

54第二固定装置

500柔性基板

501盖板

502吸液芯

503柔性基底

505充液管

510柔性基板

511金属箔

512石墨薄膜

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1示出了根据本发明一较佳实施例的活门冷却组件10的立体图，其中示出了引气活门20的一部分以及发动机的短舱的核心舱内部的一部分。发动机的短舱是飞机发动机的保护罩，主要由进气道、风扇罩、核心罩、发动机本体、反推外罩和尾喷口等组成，起整流、降噪、保护和为安装发动机部分附件提供安装平台的作用。

为了能够利用核心罩30的壁面和引气活门20表面的温度差快速冷却活门表面，较佳地，活门冷却组件10主要包括导热件，其中导热件将引气活门20和核心罩30的至少一部分连接在一起，从而该导热件被布置成能够在引气活门20的外表面和核心罩30的这一部分之间实现热传导。具体地，连接导热件的核心罩的这一部分的外壁面为风扇外涵道，因此，该部分的核心罩的温度能有利地保持为较低，从而有利于确保引气活门20和核心罩的相关部分之间始终保持显著的温度差。

特别地，导热件为柔性导热板50，如图2和图3所示，导热板50较佳地为矩形，导热板50利用其柔性从引气活门20弯曲地延伸到核心罩的内壁面，可根据引气活门20和核心罩30的相对位置进行调节。柔性导热板50通过第一固定装置53固定到引气活门20上，同时柔性导热板50通过第二固定装置54固定到短舱核心罩30的至少一部分的内壁面31上，所述柔性导热板50分别与核心罩的内壁面31和引气活门20的外表面直接面接触，以使热量借助于柔性导热板50在引气活门20和核心罩的内壁面31之间传导，由于核心罩30的温度显著低于引气活门20的温度，因此，热量将借助于柔性导热板50从引气活门20传导到核心罩30，从而有效地冷却引气活门20。

如图1所示，在柔性导热板50的第一端部51的第一固定装置较佳地为X型固定装置，该X型固定装置具有相互交叉的两个固定条，两个固定条相交的中点固定，以便固定条可以根据活门位置进行调整，位置确定后将每一个固定条的两端固定到引气活门20的外表面上，例如通过紧固件固定，柔性导热板50的第一端部在X型固定装置的作用下抵靠到引气活门20的外表面。柔性导热板50的第二端部52处的第二固定装置包括为C型固定装置。该C型固定装置包括单条固定条，所述单条固定条的两端通过紧固件固定到核心罩的内壁面，以将柔性导热板50的第二端部52抵靠到核心罩30的内壁面。

由于柔性导热板50的两端部51和52分别紧密地表面抵靠到引气活门20的外表面和核心罩30的内壁面，因此，端部51和52与引气活门20的外表面和核心罩30的内壁面之间形成良好地导热关系，从而冷却组件10实现了高效的冷却效果。

根据本发明，柔性导热板50特别地包括柔性基板500以及覆盖在柔性基板500上的碳纳米管阵列，较佳地，碳纳米管阵列基本覆盖柔性基板500的整个矩形表面。这些基板表面的碳纳米管起到了散热翅片的作用。

根据本发明的一个较佳实施方式，柔性导热板50表面上的碳纳米管为细长形的管形，即，碳纳米管的长度远大于其直径，通常，碳纳米管的直径为纳米量级，而碳纳米管的长度为微米量级。较佳地，碳纳米管的长度方向基本垂直于导热板50的表面。

根据一较佳实施方式，柔性导热板50表面上的碳纳米管的直径在20-60nm的范围内，而碳纳米管的长度在130-300μm的范围内。由此可见，碳纳米管的长度远大于其直径，这相当于导热板50具有很大长径比的翅片，从而进一步增大了换热面积。

接着，参照图2和图3对根据本发明较佳实施例的柔性导热板50的结构作进一步说明。

图2示出了根据本发明一较佳实施例的活门冷却组件10的柔性导热板50的柔性基板500的分解立体图。

柔性导热板50的柔性基板500如图2所示为矩形，例如，导热板的柔性基板500的长度在90-110mm的范围内，宽度在25-35mm的范围内，较佳地，导热板50的柔性基板500的长度为100mm，宽度为30mm。

柔性导热板50的基板包括盖板501、多孔材料的吸液芯502和柔性基底503，其中盖板501和柔性基底503均是柔性的并具有相同的尺寸，它们配合形成空腔，吸液芯502设置在盖板501和柔性基底503之间形成的空腔中。柔性基底503和柔性盖板501例如可以为聚酰亚胺薄膜。

此外，柔性导热板50还包括充液管505，该充液管505将传热介质填充到吸液芯502。碳纳米管阵列形成在盖板501的外表面上。

在这一实施例中，柔性导热板50形成柔性平板热管，柔性平板热管与发动机核心罩内壁面31连接的第二端部构成为冷凝段，柔性平板热管与引气活门20表面连接的第一端部构成为蒸发段。这样，在使用过程中，借助于填充到吸液芯502内的传热介质，平板热管的蒸发段从引气活门20表面吸收热量，随着传热介质传送到平板热管的冷凝段，冷凝段向核心罩的释放热量，从而达到冷却引气活门20的目的。

图3示出了根据本发明另一较佳实施例的活门冷却组件10的柔性导热板的柔性基板510的分解立体图。

图3示出的柔性导热板为矩形，例如，导热板的柔性基板510的长度在90-110mm的范围内、宽度在25-35mm的范围内。较佳地，柔性基板510的长度为100mm，宽度为30mm。

图3所示的柔性导热板的柔性基板510包括两层金属箔511以及位于两层金属箔之间的石墨薄膜512。金属箔511较佳地采用铜箔，两层金属箔511和石墨薄膜512具有相同的长度和宽度，它们相互层叠热压后形成导热板的柔性基板510。碳纳米管阵列可以位于两层金属箔511中的一个外表面上。

在该较佳实施例，柔性导热板的柔性基板510利用金属箔511和石墨薄膜512的导热性能，快速地将热量从引气活门20的外表面传导到核心罩内壁面31，从而达到冷却引气活门20的目的。

根据本发明的一较佳方面，在有导热功能的柔性基板500的表面上形成碳纳米管这一步骤可以通过化学气相沉积法来制备。

根据较佳实施方式，在柔性导热板上形成碳纳米管的升温过程中升温速度不超过10℃/min，并且在保温过程中在800℃保温20分钟以上。在一较佳实施方式中，使用的气体流量比例为Ar：CH₄：H₂＝100:60:20。

碳纳米管具有良好的传热性能，将具有非常大长径比的碳纳米管使其长度垂直导热板方向布置，从而能够利用表面的碳纳米管进行对流换热冷却，此时的碳纳米管的作用与翅片类似。

根据本发明，一方面通过导热板利用温度差进行热传导冷却，另一方面利用表面的碳纳米管进行对流换热冷却，因此，冷却组件同时结合了两种散热方式，由此显著提高了冷却效率。

此外，覆盖有碳纳米管的柔性导热板50减小了冷却组件10的重量、柔性导热板50易安装，对发动机振动不敏感，无需额外引气，避免外涵道压力损失，解决了燃油代偿损失带来的油耗增加问题。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于发动机短舱中的活门冷却组件，包括：

导热件，所述导热件分别连接到引气活门和所述发动机短舱的核心罩；

其特征在于，

所述导热件为柔性导热板，所述柔性导热板通过第一固定装置固定到所述引气活门上，所述柔性导热板通过第二固定装置固定到所述核心罩的至少一部分的内壁面，所述柔性导热板分别与所述核心罩的所述至少一部分的内壁面和所述引气活门直接接触，以使热量借助于所述柔性导热板在所述引气活门和所述核心罩的所述至少一部分的内壁面之间传导，

所述柔性导热板包括柔性导热的基板以及覆盖在所述基板上的碳纳米管阵列。

2.如权利要求1所述的活门冷却组件，其特征在于，所述碳纳米管为细长形的，所述碳纳米管的直径为纳米量级，所述碳纳米管的长度为微米量级，所述碳纳米管的长度方向基本垂直于所述导热件。

3.如权利要求1所述的活门冷却组件，其特征在于，所述第一固定装置包括X型固定装置，所述X型固定装置具有相互交叉的两个固定条。

4.权利要求3所述的活门冷却组件，其特征在于，所述两个固定条相交的中点彼此固定，并且，当所述中点彼此固定后，每一个所述固定条的两端进一步被固定，以将所述柔性导热板的第一端部抵靠到所述引气活门的外表面上。

5.如权利要求1所述的活门冷却组件，其特征在于，所述第二固定装置包括用于固定所述柔性导热板的第二端的C型固定装置，所述C型固定装置包括单条固定条，所述单条固定条的两端通过紧固件固定到所述内壁面，以将所述柔性导热板的第二端部抵靠到所述内壁面。

6.如权利要求1所述的活门冷却组件，其特征在于，所述柔性导热板的所述基板包括盖板、多孔材料的吸液芯和基底，其中所述盖板和所述基底形成空腔，所述吸液芯布置在所述空腔中，其中所述碳纳米管阵列位于所述盖板上

所述柔性导热板还包括充液管，所述充液管布置成将传热介质填充到所述吸液芯。

7.如权利要求1所述的活门冷却组件，其特征在于，所述柔性导热板的所述基板包括两层金属箔以及位于所述两层金属箔之间的石墨薄膜，

其中所述碳纳米管阵列位于所述两层金属箔中的一层上。

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