峰值温度衰减膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及固态热量管理，并且更具体地涉及脉冲电热防冰保护系统。
[0002]用于飞机的防冰保护系统包括分别去除和防止冰累积的除冰和防冰系统。许多防冰保护系统依赖于直接或连续和/或间歇电阻加热。一些较新系统使用具有快速放电电容器的脉冲功率加热。比起传统防冰保护系统，脉冲功率系统在更高峰值温度下操作，并相应地更具功率效率，从而节省相当多的能量。脉冲功率防冰保护系统通过电容器组积聚能量，所述电容器组短暂并快速地放电至电热元件(例如，电阻加热器)中。此外，来自脉冲功率防冰保护系统的热脉冲趋于去除大块冰层，从而避免或减少传统系统中常见的回冰(icerun-back)(即融水再冻结)。虽然传统电热融化系统适于许多应用，但是脉冲功率防冰保护系统提供提尚功率效率。
[0003]如上所述，脉冲功率系统通常使用电容器或电容器组来存储短暂高强度热脉冲的能量。在电容器放电期间流过电容器电极和并行接触层的瞬时电流因体电阻导致电阻加热。在电容器放电期间，高的峰值温度可能导致永久性的电容损失。因此，电容器在瞬时放电期间的自加热可为确定电容器和使用电容器的防冰保护系统的零件寿命的显著限制因素。
【发明内容】
[0004]在一个实施方案中，本发明涉及一种包括衬底和薄膜涂层的传热系统。衬底和薄膜涂层在界面处物理接触和热接触。衬底被配置来透射热波，并且具有第一蓄热系数(effusivity)和第一厚度。薄膜涂层具有小于第一蓄热系数的第二蓄热系数，和小于第一厚度的第二厚度。
[0005]在另一个实施方案中，本发明涉及一种减小导电衬底中因瞬时热波造成的峰值温度的方法。所述方法包括施加薄膜涂层使其在界面处与电极接触，以使得瞬时热波在界面上的反射相消性地干扰瞬时热波。
【附图说明】
[0006]图1是防冰保护系统的示意性方框图。
[0007]图2是图1的防冰保护系统的电容器电极的一个实施方案的简化特写视图。
[0008]图3是图1的防冰保护系统的电容器电极的另一个实施方案的简化特写视图。
[0009]虽然以上所标识的附图阐明本公开的实施方案，但也预期其它实施方案，如论述中提及。在所有情况下，本公开代表性地而非限制性地展示本发明。应当了解，本领域的技术人员可以设计出许多其它修改和实施方案，它们都落在本发明的原理的范围和精神内。附图可以不按比例绘制，并且本发明的应用和实施方案可包括附图中未具体示出的特征和部件。
【具体实施方式】
[0010]在包括防冰保护系统的许多应用中，暴露于因内部瞬时热波造成的高峰值温度下的电容器可以经历因过热造成的退化。为了防止过热并且防止导致零件寿命损失，本发明利用减小峰值温度的薄膜导电涂层来涂布电容器电极，如在下文详细描述。
[0011]图1是防冰保护系统10的示意性方框图，所述防冰保护系统10包括脉冲功率加热电路12、受热部件14、脉冲发生器16以及电阻加热器18。脉冲发生器16包括电容器20、开关22、电源24以及控制器26。脉冲功率加热电路12加热部件14，从而融化冰或避免冰积累。防冰保护系统10可为例如飞机基于脉冲功率加热的防冰或除冰系统，其中部件14是发动机或机翼部件。脉冲功率加热电路12是设置成利用来自脉冲发生器16的短暂强烈脉冲周期性地为电阻加热器18供电的电路，从而产生适于有效融化冰的(正如在防冰应用中)以及去除冰的(正如在除冰应用中)高峰值温度热波。
[0012]脉冲发生器16是脉冲功率加热电路12的子模块，其设置成形成用于为电阻加热器18供电的窄宽度高强度电脉冲。电阻加热器18可为任何适当的热电加热器。脉冲功率加热电路12的一些实施方案可以包括多个脉冲发生器14和/或电阻加热器16。电容器20是快速放电电容器、电容器组、或类似结构，其在开关22闭合时通过电阻加热器18在几毫秒内放电，并在开关22断开时通过电源24充电。电容器20的放电导致电阻加热器18产生强烈、持续时间短的热脉冲(例如，持续时间?2秒)。控制器26控制开关22和电源24，从而确定脉冲发生器16启动的频繁程度，并且避免断开期间不必要的功率消耗。
[0013]脉冲发生器16在开关22闭合启动，从而造成电容器20快速放电。在其放电期间，电容器20经历流过电容器电极和并行接触层的较大瞬时电流，所述较大瞬时电流产生大量电阻加热。为了延长电容器20和防冰保护系统10的寿命，电容器20被配备有用于峰值温度衰减的薄导电膜，如在下文就图2所述。
[0014]图2和图3是防冰保护系统10的电容器20的实施方案的简化特写横截面图，图中示出电极层100、薄膜涂层102以及电介质层104。电极层100在界面106处与薄膜涂层102相接。图2示出电容器20a，即，其中单个薄膜涂层102邻接电极层100的电容器20的一个实施方案。图3示出电容器20b，即，其中电极层100夹在薄膜涂层102之间的电容器20的一个实施方案。图2和图3仅仅示出电容器20的一个区段，电容器20可具有夹在电极之间的许多重复电介质层。通常，电容器20可包括薄膜涂层102、电极100以及电介质层104的许多重复层。图2和图3未按比例绘制。
[0015]电极层100是由电导体、例如铜、镍、铝、钛或它们的合金形成的衬底。电极层100是在开关22闭合时充电并在开关22闭合放电的电容器108的电容器电极(参见图1)。由于在放电和充电期间体电阻造成的欧姆加热，电极层100还产生并透射初始热波Qtofe。虽然本文中的论述主要着重于减小因电容器20快速放电造成的加热而产生的峰值温度，但是充电也会造成过热，由此限制零件寿命。电极层100具有衬底厚度Ts，和衬底热蓄热系数ε s，其中:
[0016]ε s= (C p* P p* κ p)1/2 [等式 I]
[0017]其中Cp、P 5和κ p分别是衬底的比热、密度以及热传导率)。
[0018]薄膜涂层102是在界面106处与电极层100物理接触和热接触的导电层。薄膜涂层102使得电极100内的热波变平或衰减，从而减小电容器20中的峰值温度，同时节约能量。薄膜涂层102在界面106处与电极层100紧密结合，例如通过无污染或污染可忽略的分子键合。薄膜涂层102可例如通过物理气相沉积(PVD)或包括利用纳米金属油墨光学来烧结在导电衬底上的等效过程沉积在电极层100上。薄膜涂层102可由例如铜、银和/或镍形成。薄膜涂层102具有薄膜厚度Tf和薄膜热蓄热系数ε f0
[0019]薄膜厚度乙比衬底厚度1\小得多，以便呈现电极100的体欧姆电阻的尽可能小的变化。在一些实施方案中，衬底厚度Ts可例如比薄膜厚度T {大400倍以上。在其它实施方案中，衬底厚度Ts可例如比薄膜厚度1\大1000倍以上。本领域的技术人员应当了解，衬底厚度Ts和薄膜厚度T f就具体应用适当调整，但是T 3和T f的最佳值取决于初始热波Q _的热波长和扩散长度。通常，薄膜厚度Tf可以大约为初始热波Q m,的热波长。
[0020]薄膜蓄热系数ε f小于衬底蓄热系数ε s。界面106处的电极层100与薄膜涂层102之间的蓄热系数的差异导致来自电极层100的初始热波Qtofe的一部分作为反射热波Q