用于对来自电子模块的燃料的温度进行限制的相变材料的集成制造技术

本发明专利技术涉及一种组件，该组件包括：构造成向涡轮热力发动机供应燃料的燃料供应回路(15、15a、15b)、电子模块(14、14a、14b)、用于向电子模块(14、14a、14b)供应功率的功率源(13、13a、13b)、以及布置成允许热量从电子模块(14、14a、14b)流动到燃料供应回路(15、15a、15b)的热交换器(16、16a、16b)，该组件的特征在于，电子模块(14、14a、14b)包括相变材料(PCM)，该相变材料构造成当其温度达到预定相变温度(Tf)时改变状态。

Integration of Phase Change Materials for Temperature Limitation of Fuels from Electronic Modules

The invention relates to a component comprising a fuel supply circuit (15, 15a, 15b), an electronic module (14, 14a, 14b), a power source (13, 13a, 13b) for supplying power to an electronic module (14, 14a, 14b), and a flow of allowable heat from an electronic module (14, 14a, 14b) to a fuel supply circuit (15, 15a, 15b). Heat exchangers (16, 16a, 16b) are characterized by electronic modules (14, 14a, 14b) including phase change materials (PCM), which are constructed to change state when their temperature reaches a predetermined phase change temperature (Tf).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对来自电子模块的燃料的温度进行限制的相变材料的集成
本专利技术涉及向功率单元供应燃料，并且特别地涉及管理燃料的相位状态。更具体地，本专利技术涉及包括热力发动机和电机的功率单元。在本文中，“涡轮热力发动机”是指通过使涡轮中的所述工作流体膨胀而使工作流体的热能能够转换成机械能的任何机器。更特别地，该工作流体可以是在通过涡轮机经由第一旋转轴致动的压缩机中压缩空气之后，由燃料与该空气在燃烧室中的化学反应产生的燃烧气体。这样，涡轮热力发动机(例如，在本文中所理解的涡轮热力发动机)尤其包括单流或双流涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮发动机或燃气涡轮机。在以下描述中，术语“上游”和“下游”是相对于涡轮机中的工作流体的正常的循环方向而定义的。供应涡轮热力发动机的燃料会包括杂质，并且尤其包括悬浮的水。在常温下，燃料中痕量水的存在不是主要问题。然而当温度低时，水会冻结。所产生的冰颗粒可能会阻碍燃料的通过，尤其当所产生的冰颗粒在过滤器的入口处积聚时可能会阻碍燃料通过，该过滤器典型地用于防止其他固体杂质通过。因此，应当防止燃料回路中的这种结冰。
技术介绍
防止燃料冻结的第一种解决方案包括添加昂贵的、有毒的和限制性的添加剂。这种解决方案被自愿地搁置。如文献US20120240593中所呈现的，第二种解决方案包括回收由电子回路释放的热量，以便加热燃料并防止燃料冻结，在这种情况下，该电子回路是用于功率转换的电子回路(“发电机控制单元(GeneratorControlUnit)”，GCU)。热交换器执行热传递。该GCU作为散热器运行。在上述文献中，通过控制燃料流动或通过添加额外的专用电子散热器来实现对GCU和燃料之间的热传递的管理，该额外的专用电子散热器不仅产生额外的热量而且更多地对GCU施加压力，这反过来更多地加热。但是，上述文献中没有提到存在燃料接收太多能量并可能达到其蒸发温度的风险。事实上，一些机载电子器件在非常短的周期内运行，这会涉及高能量。此外，所使用的通常约为几十伏的电压会引起非常高的电流强度，导致产生相当多的热量。必须严格避免这种蒸发现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提出一种组件来纠正上述缺点，该组件包括：燃料供应回路，该燃料供应回路构造成向涡轮热力发动机供应燃料；电子模块；功率源，该功率源用于向电子模块供电；热交换器，该热交换器布置成允许热量从电子模块流动到燃料供应回路，该组件的特征在于，电子模块包括相变材料(PCM，phase-changematerial)，该相变材料构造成当其温度达到预定相变温度时改变状态。由于该PCM材料，温升随着时间的推移更好地扩散，这限制了温度峰值并且防止了达到燃料的蒸发温度。另外，PCM材料保护电子模块免受这些温度峰值，而这些温度峰值可能会损害电子模块。因而PCM材料以最佳的方式分配电子模块和燃料之间的热量流动。为了防止燃料蒸发，PCM材料的相变温度被选择为小于在燃料供应回路中流通的所述燃料的蒸发温度。本专利技术可包括以下的、可单独或组合采用的特征：-所述预定相变温度小于燃料的蒸发温度；-电子模块是电子功率模块，该电子功率模块构造成转换由功率源供应的能量；-相变温度小于150℃，优选地小于140℃。-电子模块包括以下部件：形成支撑体的基部衬底；布置在支撑体上的电子元件，并且其中，交换器相对于基部衬底位于与该元件相对的一侧；-电子元件封装在相变材料PCM中；-相变材料PCM集成在基部衬底中；-电子模块包括冷板，并且其中，相变材料集成在该冷板中。-冷板布置在基部衬底和热交换器之间；-热交换器集成在冷板中。本专利技术还提出一种功率单元，该功率单元包括：涡轮热力发动机；如前所述的组件，其中，燃料供应回路构造成供应该热力发动机。功率源有利地是电机，该电机能够作为发动机或发电机运行，并且其中，该电机机械地联接到热力发动机的旋转轴。本专利技术还提出一种使用如前所述的组件或功率单元加热燃料的方法，其中，燃料在燃料供应回路的热交换器中通过由电子模块经由相变材料PCM散发的热量被加热。本专利技术还提出使用相变材料PCM以便通过热交换器控制(一方面)当供应动力时释放热量的电子模块和(另一方面)用于燃气涡轮的燃料之间的热传递。附图说明根据仅为说明性的而非限制性的并且必须参照附图考虑的以下说明，本专利技术的其他特征、目的和优点将变得明显，在附图中：-图1示意性地示出了功率单元的电子功率模块和热交换器，为清楚起见，未示出PCM材料；-图2类似于图1，但具有用于集成PCM材料、并增加了冷板的三种变体；-图3示出了关于PCM材料的使用的温度曲线；-图4示意性地示出了具有功率单元的飞行器，该功率单元包括两个涡轮发动机和两个电力发动机-发电机；-图5更具体地示出了该功率单元。具体实施方式参照图1，组件被定义为包括：燃料供应回路15、电子模块14以及功率源13，功率源13向模块14提供功率，典型地，功率源向模块提供电。燃料供应回路15的功能是向涡轮热力发动机供应燃料。在下文中将对特定的实施例进行详细描述。电子模块14通常包括至少一个电子回路，电子元件与该至少一个电子回路连接到一起，以使得能够处理电子信号(信息或功率)。因此，当由功率源13请求时，模块14释放热量。热交换器16用于将该热量传递到燃料供应回路15。典型地，热交换器16布置在电子模块14和燃料供应回路15a、15b之间。热交换器16对模块14和供应回路15之间的热量流动进行优化。热交换器16可以采用不同的形式，例如板式热交换器、翅片式热交换器、或简单地呈有利于热交换的支管的形式。在一种实施例中，电子模块14包括基部衬底100，基部衬底100形成支撑体，电子元件110(例如双极绝缘栅晶体管、二极管、电容器、电感等)固定在该支撑体上。如图1所示，这些元件110可能需要例如发射器112、端口114、收集器116以及连接线118。常规地，使半导体之间互连并且在铜底104上具有外部回路的不同的材料层(例如钎焊接头102、铜底104、另一个绝缘衬底106(例如陶瓷))被提供以便使电子模块运行。为了更好地调节功率传递，电子模块14包括标记为PCM的相变材料。图2示出了将在下文中详细描述的各种实施例。PCM材料一旦达到其熔化温度就会改变状态(通常从固态变为液态)。由于还存在将相从固态或液态变为气态的PCM材料，相变温度Tf被更一般地定义。该温度Tf是PCM材料的特性。在飞行器的一些飞行阶段中，在不超过几十秒或甚至一分钟的时段内电力系统的电力需求可以是非常高的。在需要相当大的热量耗散但该热量耗散是周期性的或暂时的这些条件下，使用PCM材料能够更好地管理最靠近关键电子元件110的发热设备，例如静电元件、冷凝器或者是该关键电子元件自身等。实际上，通过从固态转变为液态而因此达到其熔化温度，PCM材料将吸收一定量的热量但保持在相同的温度(使所有材料改变状态所用的时间)，然后热传递将在电子模块14内部的电子元件110和该PCM材料之间运行。该吸收与PCM材料的状态变化的焓相关联，该焓也被称为潜热，对应于每单位质量的材料改变状态所吸收的能量。PCM材料将吸收温度峰值。实际上，开发飞行器上的电子元件的主要问题之一是电子元件110、特别是那些被钎焊或焊接到衬底100上的电子元件110的温度稳定性。实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组件，所述组件包括：燃料供应回路(15，15a，15b)，所述燃料供应回路构造成向涡轮热力发动机供应燃料；电子模块(14，14a，14b)；功率源(13，13a，13b)，所述功率源用于向所述电子模块(14，14a，14b)供电；热交换器(16，16a，16b)，所述热交换器布置成允许热量从所述电子模块(14，14a，14b)流动到所述燃料供应回路(15，15a，15b)，所述组件的特征在于，所述电子模块(14，14a，14b)包括相变材料(PCM)，所述相变材料构造成当其温度达到预定相变温度(Tf)时改变状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.13 FR 16554511.一种组件，所述组件包括：燃料供应回路(15，15a，15b)，所述燃料供应回路构造成向涡轮热力发动机供应燃料；电子模块(14，14a，14b)；功率源(13，13a，13b)，所述功率源用于向所述电子模块(14，14a，14b)供电；热交换器(16，16a，16b)，所述热交换器布置成允许热量从所述电子模块(14，14a，14b)流动到所述燃料供应回路(15，15a，15b)，所述组件的特征在于，所述电子模块(14，14a，14b)包括相变材料(PCM)，所述相变材料构造成当其温度达到预定相变温度(Tf)时改变状态。2.根据前述权利要求所述的组件，其中，所述预定相变温度(Tf)小于燃料的蒸发温度(Tv)。3.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述电子模块(14，14a，14b)是电子功率模块，所述电子功率模块构造成转换由所述功率源(13，13a，13b)供应的能量。4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述相变温度(Tf)小于150℃，优选地小于140℃。5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述电子模块(14，14a，14b)包括以下部件：-形成支撑体的基部衬底(100)；-布置在所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·克洛诺夫斯基，凯莫·塞尔吉耶，
申请(专利权)人：赛峰直升机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR