用于相变材料部件冷却的方法和系统技术方案

一种瞬态冷却系统，其包括第一相变材料(PCM)元件和第二PCM元件。第一PCM元件包括第一PCM，第一表面和第二表面，第一表面与待冷却表面互补。第二PCM元件包括第二PCM和与第二表面热接触的第三表面。第一PCM和第二PCM可以具有不同的热特性。

Method and System for Cooling Phase Change Material Components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于相变材料部件冷却的方法和系统
本公开的领域大体涉及部件冷却，并且更具体地，涉及用于在瞬态热负荷事件期间冷却部件的方法和系统。
技术介绍
已知的是，机械部件在其使用寿命期间可经受高热负荷。一些高热负荷是相对恒定的，而其他热负荷是瞬态的，或者仅在一段时间内经受。例如，飞行器发动机的部件在飞行任务的一个或多个阶段期间经受高热负荷。更具体地，某些发动机部件在起飞和/或爬升期间经受瞬态热负荷。瞬态热负荷通常使机械部件接近部件可以承受的温度阈值。在这些情况下，机械部件可能会经受整体寿命缩短。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种包括第一相变材料(PCM)元件和第二PCM元件的瞬态冷却系统。第一PCM元件包括第一PCM，第一表面和第二表面，第一表面与待冷却表面互补。第二PCM元件包括第二PCM和与第二表面热接触的第三表面。在另一方面，提供了一种冷却部件的方法。该方法包括将热量从发热部件传递到第一相变材料(PCM)，第一PCM具有第一比热容和第一导热系数。该方法还包括将热量从第一PCM传递到第二PCM，第二PCM具有第二比热容和第二导热系数，第二比热容和第二导热系数不同于第一比热容和第一导热系数。该方法还包括在第一操作阶段期间存储所传递的热量的至少一部分，并且在第二操作阶段期间将所存储的热量的至少一部分释放到围绕第二PCM的周围环境。在另一方面，提供了一种冷却部件的方法。该方法包括将热量从围绕部件的周围环境传递到第一相变材料(PCM)，第一PCM具有第一比热容和第一导热系数。该方法还包括将热量从第一PCM传递到第二PCM，第二PCM具有第二比热容和第二导热系数，第二比热容和第二导热系数不同于第一比热容和第一导热系数。该方法还包括在第一操作阶段期间存储所传递的热量的至少一部分，并且在第二操作阶段期间将所存储的热量的至少一部分释放到围绕第二PCM的周围环境。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部分，其中：图1是根据本公开的示例实施例的示例性飞行器的图示；图2是可以与图1中所示的飞行器一起使用的示例性燃气涡轮发动机的示意图；图3是图2中所示的包括电气部件的发动机的示意图；图4是图3中所示的电气部件的示意性横截面视图；图5是图3中所示的包括瞬态冷却系统的电气部件的示意性横截面视图，该瞬态冷却系统包括多个PCM元件；图6是包括串联布置的多个PCM元件的瞬态冷却系统的另一实施例的示意图；图7是包括并联布置的多个PCM元件的瞬态冷却系统的另一实施例的示意图；图8是包括矩阵布置的多个PCM元件的瞬态冷却系统的另一实施例的示意图；和图9是示出多个PCM的特性的绘图。除非另外指出，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施例的特征。相信这些特征广泛适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的用于实践本文公开的实施例所需的所有传统特征。具体实施方式在以下说明书和权利要求书中，将参考许多术语，其应被定义为具有以下含义。除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。在整个说明书和权利要求中使用的近似语言可以用于修改任何可以允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(例如“大约”，“近似”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求中，范围限制可以组合和/或互换；除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。如本文所用，术语“轴向”和“轴向地”是指基本上平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”是指基本上垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。另外，如本文所用，术语“周向”和“周向地”是指围绕涡轮发动机的中心线弧形地延伸的方向和取向。本文描述的相变材料(PCM)部件冷却或“瞬态冷却”系统的实施例提供了用于为经受瞬态热负荷的一个或多个机械部件提供冷却的有成本效益的方法。瞬态冷却系统包括多个PCM元件，其构造成冷却至少一个机械部件。PCM元件布置成利用每个单独PCM元件的独特特性优势的构造，以便在瞬态热负载期间促进改善的冷却。如本文所述，使用PCM来冷却机器部件有助于改善部件寿命，同时几乎不需要维护，提供了有成本效益且灵活的瞬态冷却解决方案。图1是飞行器100的立体图。在示例性实施例中，飞行器100包括机身102，机身102包括头部104，尾部106和在它们之间延伸的中空细长体108。飞行器100还包括在横向方向112上远离机身102延伸的机翼110。机翼110包括在正常飞行期间在飞行器100的运动方向116上的前方前缘114和在机翼110的相对边缘上的后方后缘118。飞行器100还包括至少一个发动机120(例如但不限于涡轮风扇发动机)，其构造成驱动带叶片的可旋转构件(例如风扇122)，以产生推力。至少一个发动机120连接到发动机挂架124，发动机挂架124可将涡轮风扇发动机的至少一个发动机120连接至飞行器100。图2是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机120的示意性横截面视图。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机120体现在高旁通涡轮风扇喷气发动机中。如图2所示，涡轮风扇发动机120限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向轴线202延伸)和径向方向R。通常，涡轮风扇120包括风扇组件204和设置在风扇组件204下游的核心涡轮发动机206。在示例性实施例中，核心涡轮发动机206包括限定环形入口220的发动机壳体208。发动机壳体208以串行流动关系至少部分地包围：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机222和高压(HP)压缩机224；燃烧区段226；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮228和低压(LP)涡轮230；喷射排气喷嘴区段232。高压(HP)轴或线轴234将HP涡轮228驱动地连接到HP压缩机224。低压(LP)轴或线轴236将LP涡轮230驱动地连接到LP压缩机222。压缩机区段，燃烧区段226，涡轮区段和喷嘴区段232一起限定了核心空气流动路径237。在示例性实施例中，风扇组件204包括风扇238，风扇238具有以间隔开的关系联接到盘242的多个风扇叶片240。风扇叶片240从盘242径向向外延伸。风扇叶片240和盘242一起可通过穿过动力齿轮箱246的LP轴236绕纵向轴线202旋转。动力齿轮箱246包括多个齿轮，用于将风扇238相对于LP轴236的旋转速度调节到更有效的旋转风扇速度。风扇组件204还包括环形风扇壳体或外机舱250，其周向地围绕风扇238和/或核心涡轮发动机206的至少一部分。在示例性实施例中，机舱250构造成通过多个周向间隔开的出口导向轮叶252相对于核心涡轮发动机206被支撑。此外，机舱250的下游区段254可以在核心涡轮发动机206的外部分上延伸，以便在它们之间限定旁路气流通道256。在涡轮风扇发动机120的操作期间，一定量的空气258通过机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瞬态冷却系统，其特征在于，包括：第一相变材料(PCM)元件，所述第一相变材料(PCM)元件包括第一PCM，第一表面和第二表面，所述第一表面与待冷却表面互补；和第二PCM元件，所述第二PCM元件包括第二PCM和第三表面，所述第三表面与所述第二表面热接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.31 US 15/420,8131.一种瞬态冷却系统，其特征在于，包括：第一相变材料(PCM)元件，所述第一相变材料(PCM)元件包括第一PCM，第一表面和第二表面，所述第一表面与待冷却表面互补；和第二PCM元件，所述第二PCM元件包括第二PCM和第三表面，所述第三表面与所述第二表面热接触。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述第二PCM元件包括第四表面，所述第四表面与所述待冷却表面互补。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述第一PCM包括第一导热系数，所述第二PCM包括第二导热系数，所述第二导热系数不同于所述第一导热系数。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述第一PCM包括第一比热容，所述第二PCM包括第二比热容，所述第二比热容不同于所述第一比热容。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述第一PCM和所述第二PCM化学隔离，所述第一PCM和所述第二PCM热连通。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述第一PCM和所述第二PCM中的至少一种包含凝胶组合物。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述第一PCM元件和第二PCM元件以下列中的至少一种布置：(i)串联热流动布置，(ii)并联热流动布置，和(iii)所述串联热流动布置和所述并联热流动布置的组合。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述第一PCM元件进一步包括封装物，所述封装物封装所述第一PCM。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一PCM元件在第一操作阶段期间将热量从所述待冷却表面传递到所述第二PCM元件。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，其中所述第一PCM元件和所述第二PCM元件中的至少一个在第二操作阶段期间将热量释放到周围环境。11.一种冷却部件的方法，其特征在于，所述方法包括：将热量从发热部件传递到第一相变材料(PCM)，所述第一PCM具有第一比热容和第一导...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·亚历山大·因泰曼，夏希·雷兹，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US