CN110546363A - 包括限定内部流体通路的流湍流器的增材制造的热交换器 - Google Patents

Abstract

提供一种增材制造的热交换器及制造其的方法。热交换器包括：多个壁，其间隔开以限定多个流体通路；和多个流湍流器，其通过流体通路在两个相邻的壁之间延伸。壁和流湍流器限定与多个流体通路热连通的一个或多个内部流体通路，该内部流体通路接收辅助热交换流体流，以用于提高热交换器的热传递效率。

Description

包括限定内部流体通路的流湍流器的增材制造的热交换器

技术领域

本主题大体上涉及热交换器，并且更特别地涉及具有改进的热传递能力和结构刚度的增材制造的热交换器。

背景技术

热交换器可连同燃气涡轮发动机一起被采用，以用于在一种或多种流体之间传递热。例如，处于相对高的温度的第一流体可穿过第一通路，而处于相对低的温度的第二流体可穿过第二通路。第一通路和第二通路可处于热接触或紧密接近，从而允许热从第一流体传至第二流体。因此，可降低第一流体的温度，并且可升高第二流体的温度。

常规热交换器包括大量的流体通路，各个流体通路使用板、条、箔、翅片、歧管等的一些组合形成。这些部件中的各个必须单独地被定位、定向、并且例如经由硬钎焊、焊接或另外的连结方法连接至支承结构。与这种热交换器的组装相关联的制造时间和成本非常高，并且由于形成的接头的数量，在流体通路之间或来自热交换器的流体泄漏的可能性大体上增加。此外，制造约束限制可包括在热交换器中(例如，在流体通路内)的热交换特征的数量、大小以及构造。

因此，具有改进的热交换器的燃气涡轮发动机将为有用的。更具体而言，更易于制造并且包括用于改进性能的热交换特征的用于燃气涡轮发动机的热交换器将为特别有益的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地被阐述，或者可根据描述为显而易见的，或者可通过本发明的实践而习知。

在本公开的一个示例性实施例中，提供一种增材制造的热交换器。热交换器包括：多个壁，其间隔开以限定多个流体通路；和多个流湍流器，多个流湍流器中的各个通过多个流体通路中的一个在多个壁中的两个相邻的壁之间延伸。内部流体通路被限定成穿过多个壁和多个流湍流器。

在本公开的另一示例性方面中，提供一种限定垂直方向和水平方向的增材制造的热交换器。热交换器包括外壳，其沿着垂直方向在顶壁与底壁之间延伸，并且沿着水平方向在第一端壁与第二端壁之间延伸。多个壁定位在外壳内并且沿着垂直方向在顶壁与底壁之间延伸，多个壁沿着水平方向间隔开以限定多个流体通路。多个流湍流器定位在多个流体通路内，多个流湍流器中的各个沿着水平方向延伸。内部流体通路被限定成穿过第一端壁、多个流湍流器、多个壁以及第二端壁。

在本公开的再一示例性方面中，提供一种制造热交换器的方法。方法包括通过连续沉积和熔融添加材料来形成多个壁，多个壁间隔开以限定多个流体通路。方法还包括通过连续沉积和熔融添加材料来形成多个流湍流器，多个流湍流器中的各个通过多个流体通路中的一个在多个壁中的两个相邻的壁之间延伸，其中内部流体通路被限定成穿过多个壁和多个流湍流器。

参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中阐述了本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员而言完整且充分的公开。

图1为根据本主题的各个实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。

图2提供根据本主题的示例性实施例的可在图1的示例性燃气涡轮发动机中使用的增材制造的热交换器的透视横截面视图。

图3提供根据本主题的示例性实施例的可在图1的示例性燃气涡轮发动机中使用的增材制造的热交换器的横截面视图。

图4提供根据本主题的示例性实施例的可在图1的示例性燃气涡轮发动机中使用的增材制造的热交换器的横截面视图。

图5提供根据本主题的示例性实施例的可在图1的示例性燃气涡轮发动机中使用的增材制造的热交换器的另一横截面视图。

图6为根据本主题的示例性实施例的用于形成热交换器的方法。

参考标记在本说明书和附图中的重复使用意在表示本发明的相同或相似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的本实施例，其一个或多个实例在附图中被示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中同样的或类似的标号被用于指代本发明的同样的或类似的部分。

本公开大体上涉及增材制造的热交换器及制造其的方法。热交换器包括：多个壁，其间隔开以限定多个流体通路；和多个流湍流器，其通过流体通路在两个相邻的壁之间延伸。壁和流湍流器限定与多个流体通路热连通的一个或多个内部流体通路，该内部流体通路接收辅助热交换流体流，以用于提高热交换器的热传递效率。

现在参照附图，图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更特别地，对于图1的实施例而言，燃气涡轮发动机为高旁通涡扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1中示出的，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于被提供用于参照的纵向中心线或中心轴线12延伸)和径向方向R。大体上，涡扇10包括风扇区段14以及设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。

描绘的示例性核心涡轮发动机16大体上包括基本上管状的外壳体18，外壳体18限定环形入口20。外壳体18包围成串流关系的：包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧器或燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28驱动地连接至HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30驱动地连接至LP压缩机22。

对于描绘的实施例而言，风扇区段14包括可变节距风扇38，可变节距风扇38具有以间隔开的方式联接至盘42的多个风扇叶片40。如描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。各个风扇叶片40能够借助风扇叶片40可操作地联接至适合的促动部件44绕着节距轴线P相对于盘42旋转，适合的促动部件44构造成协调一致地共同改变风扇叶片40的节距。风扇叶片40、盘42以及促动部件44能够通过横过功率齿轮箱46的LP轴36而绕着纵向轴线12一起旋转。功率齿轮箱46包括用于将LP轴36的旋转速度逐步减低至更高效的旋转风扇速度的多个齿轮，并且通过一个或多个联接系统附接至核心框架或风扇框架中的一者或两者。

仍然参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前毂48覆盖，可旋转的前毂48在空气动力学方面将轮廓设计成促进气流穿过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，环形风扇壳体或外机舱50沿周向包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当意识到的是，机舱50可构造成相对于核心涡轮发动机16由多个沿周向间隔的出口导叶52支承。此外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部部分之上延伸，以便在其间限定旁通气流通路56。

在涡扇发动机10的操作期间，一定量的空气58通过风扇区段14和/或机舱50的相关联入口60进入涡扇10。在一定量的空气58横跨风扇叶片40经过时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导送到旁通气流通路56中，并且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导送到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。空气的第二部分64的压力接着在其被导送穿过高压(HP)压缩机24并且进入燃烧区段26中时增大，在燃烧区段26中，空气的第二部分64与燃料混合并且燃烧以提供燃烧气体66。

燃烧气体66被导送穿过HP涡轮28，在HP涡轮28中，来自燃烧气体66的热和/或动能的一部分经由联接至外壳体18的HP涡轮定子导叶68和联接至HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取，因此致使HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着被导送穿过LP涡轮30，在LP涡轮30中，经由联接至外壳体18的LP涡轮定子导叶72和联接至LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级从燃烧气体66提取热和/或动能的第二部分，因此致使LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

燃烧气体66随后被导送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，在空气的第一部分62在其被从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导送穿过旁通气流通路56时，空气的第一部分62的压力大大增加，从而也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，该热气体路径78用于将燃烧气体66导送穿过核心涡轮发动机16。

应当意识到的是，图1中描绘的示例性涡扇10仅作为实例，并且在其它示例性实施例中，涡扇10可具有任何其它适合的构造。例如，应当意识到的是，在其它示例性实施例中，涡扇10可替代地构造为任何其它适合的涡轮发动机，如涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、内部燃烧发动机等。

仍然参照图1，涡扇10可包括一个或多个热交换器100。在任何适合的应用中，热交换器100可用于在两种或更多种流体之间传递热。例如，如以下论述的，热交换器100被构造成用于将热从油传递至涡扇10内的一种或多种流体。更具体而言，例如，热交换器100被示出为包括主流体交换通路，热通过该主流体交换通路从油传递至次级流体(如燃料)。此外，热交换器定位成与例如来自旁通气流通路56的冷却空气流流体连通，以用于将热从油和/或燃料传递至通过热交换器100或者被从旁通气流通路56导送至热交换器100的空气流。

然而，应当意识到的是，热交换器100可被构造成用于接收用于在热传递过程中使用的任何适合数量和类型的流体，在本文中描述了其实例。此外，热交换器100可被放置在涡扇10内的任何其它适合的位置处，以用于利用流体温度差进行热传递。尽管以下描述涉及热交换器100的结构，但是应当意识到的是，热交换器100仅被用于解释本主题的方面的目的。实际上，本主题的方面可被应用于形成在机动车、航空、海事以及其它工业中用来帮助流体之间的热传递的热交换器。

大体上，可使用任何适合的过程制造或形成本文中描述的热交换器100的示例性实施例。然而，根据本主题的若干方面，热交换器100可使用增材制造过程(如3-D打印过程)形成。这种过程的使用可允许热交换器100一体地形成为单个整体式构件，或者形成为任何适合数量的子构件。特别地，制造过程可允许热交换器100一体地形成并且包括在使用现有的制造方法时不可能实现的各种特征。例如，本文中描述的增材制造方法实现具有使用现有制造方法不可能实现的各种特征、构造、厚度、材料、密度以及流体通路的热交换器的制造。这些新颖特征中的一些在本文中被描述。

如本文中使用的，用语“增材制造的”或“增材制造技术或过程”大体上是指其中(一个或多个)连续材料层被设置在彼此上以“逐层”地构建三维构件的制造过程。连续层大体上熔融在一起，以形成整体式构件，整体式构件可具有各种一体子构件。尽管增材制造技术在本文中被描述为通过典型地在垂直方向上逐点地、逐层地构建物体来实现复杂物体的制作，但是其它制作方法也为可能的，并且在本主题的范围内。例如，尽管本文中的论述涉及添加材料来形成连续层，但是本领域技术人员将意识到的是，可利用任何增材制造技术或制造工艺来实践本文中公开的方法和结构。例如，本发明的实施例可使用加层过程、减层过程或混合过程。

根据本公开的适合的增材制造技术包括例如熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、如通过喷墨和激光喷射的3D打印、立体光刻(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光工程化净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔化(DSLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光熔化(DMLM)以及其它已知过程。

本文中描述的增材制造过程可用于使用任何适合的材料形成构件。例如，该材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光敏树脂、或可呈固体、液体、粉末、片材、线材或任何其它适合形式的任何其它适合材料。更具体而言，根据本主题的示例性实施例，本文中描述的增材制造的构件可部分地、整体地或以如下材料的某一组合形成：包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、以及如镍-铬基超级合金之类的奥氏体合金(例如，可从(特殊金属公司)Special Metals Corporation获得的以Inconel®命名的那些)。这些材料为适合于在本文中描述的增材制造过程中使用的材料的实例，并且可大体上被称为“添加材料”。

此外，本领域的技术人员将意识到的是，各种材料和用于使这些材料粘结的方法可被使用，并且被设想为在本公开的范围内。如本文中使用的，对“熔融”的引用可是指用于形成任何以上材料的粘结层的任何适合的过程。例如，如果物体由聚合物制成，则熔融可是指在聚合物材料之间形成热固性粘结。如果物体为环氧树脂，则粘结可由交联过程形成。如果材料为陶瓷，则粘结可由烧结过程形成。如果材料为粉末金属，则粘结可由熔化或烧结过程形成。本领域的技术人员将意识到的是，由增材制造来熔融材料以制成构件的其它方法为可能的，并且当前公开的主题可利用那些方法来实践。

此外，本文中公开的增材制造过程允许单个构件由多种材料形成。因此，本文中描述的构件可由以上材料的任何适合的混合物形成。例如，构件可包括多个层、节段或部件，它们使用不同的材料、过程和/或在不同的增材制造机器上形成。以该方式，可构造具有不同材料和材料特性的构件，以用于满足任何特定应用的需求。此外，尽管本文中描述的构件完全通过增材制造过程来构造，但是应当意识到的是，在备选的实施例中，这些构件的全部或一部分可经由铸造、机加工和/或任何其它适合的制造过程来形成。实际上，可使用材料和制造方法的任何适合的组合来形成这些构件。

现在将描述示例性增材制造过程。增材制造过程使用构件的三维(3D)信息(例如，三维计算机模型)来制作构件。因此，构件的三维设计模型可在制造之前被限定。在这方面，可扫描构件的模型或原型，以确定构件的三维信息。作为另一实例，构件的模型可使用适合的计算机辅助设计(CAD)程序来构造，以限定构件的三维设计模型。

设计模型可包括构件的整个构造(包括构件的外表面和内表面两者)的3D数字坐标。例如，设计模型可限定本体、表面以及内部通路，如开口、支承结构等。在一个示例性实施例中，三维设计模型例如沿着构件的中心(例如，垂直)轴线或任何其它适合的轴线被转换成多个片或节段。各个片可针对片的预定高度限定构件的二维(2D)横截面。多个连续的2D横截面片一起形成3D构件。构件接着逐片地或逐层地“构建”，直到完成。

以该方式，本文中描述的构件可使用添加过程来制作，或者更具体而言，各个层例如通过使用激光能量或热使塑料熔融或聚合或者通过烧结金属粉末来连续地形成。例如，特定类型的增材制造过程可使用能量束(例如，电子束或电磁辐射，如激光束)来烧结或熔化粉末材料。可使用任何适合的激光和激光参数，包括关于功率、激光束光斑大小以及扫描速度的考虑。构建材料可由(特别是在高温下)针对增强强度、提高耐久性以及增加使用寿命而选择的任何适合的粉末或材料形成。

各个连续层可例如在大约10 μm和200 μm之间，然而根据备选的实施例，厚度可基于任何数量的参数来选择并且可为任何适合的大小。因此，利用以上描述的添加形成方法，本文中描述的构件可具有与在添加形成过程期间利用的相关粉末层的一个厚度(例如，10μm)一样薄的横截面。

此外，利用添加过程，构件的表面光洁度和特征可按需要根据应用而变化。例如，表面光洁度可通过在添加过程中选择适当的激光扫描参数来调节(例如，使其更光滑或更粗糙)。更粗糙的光洁度可通过提高激光扫描速度或减小所形成的熔池的大小来实现，而更光洁的光洁度可通过降低激光扫描速度或增大所形成的熔池的大小来实现。扫描图案和/或激光功率也可改变，以改变所选区域中的表面光洁度。

值得注意的是，在示例性实施例中，由于制造约束，本文中描述的构件的若干特征先前为不可能实现的。然而，本发明人有利地利用了增材制造技术中的当前进展，以大体上根据本公开来开发这样的构件的示例性实施例。虽然本公开大体上不限于使用增材制造来形成这些构件，但是增材制造的确提供各种制造优势，包括制造容易、成本降低、准确性更高等。

在这方面，利用增材制造方法，甚至多部分式构件也可形成为单块连续金属，并且与现有设计相比，可因此包括更少的子构件和/或接头。这些多部分式构件通过增材制造的一体式形成可有利地改进整体组装过程。例如，一体式形成减少必须被组装的单独部件的数量，因此减少相关的时间和整体组装成本。此外，可有利地减少关于例如泄漏、单独部件之间的连结质量以及整体性能的现有问题。

此外，以上描述的增材制造方法使本文中描述的构件的形状和轮廓更加复杂和错综复杂。例如，这样的构件可包括薄的增材制造层和具有一体的湍流器特征的独特的流体通路。此外，增材制造过程实现具有不同材料的单个构件的制造，使得构件的不同部分可呈现不同的性能特点。制造过程的连续添加性质实现这些新颖特征的结构。因此，本文中描述的构件可呈现改进的热传递效率和可靠性。

现在参照图2，将大体上描述根据本主题的示例性实施例的增材制造的热交换器100。更具体而言，图2提供热交换器100的一部分的透视横截面视图。应当意识到的是，热交换器100的部分未在图2中示出，以使内部特征(如流体通路和流湍流器)可被描述。此外，应当意识到的是，图2出于解释本主题的方面的目的而提供热交换器100的仅一个示例性构造，并且不意在为限制性的。

根据示出的示例性实施例，热交换器100包括外壳102，外壳102沿着第一方向(例如，水平方向H)在左侧104与右侧106之间延伸。此外，外壳102还沿着第二方向(例如，垂直方向V)在底侧108与顶侧110之间延伸。外壳102沿着第三方向(例如，横向方向T)在前侧112与后侧114之间延伸。根据示出的实施例，水平方向H、垂直方向V以及横向方向T彼此相互垂直，使得大体上限定正交坐标系。然而，应当意识到的是，在本文中使用示例性热交换器100和H-V-T坐标系，仅仅是为了解释本主题的方面的目的，而不意在限制本公开的范围。在这方面，如“左”和“右”、“前”和“后”、以及“顶部”和“底部”的方向指示仅用于指示热交换器100的两侧分别沿着H方向、V方向以及T方向的相对定位。

根据示出的示例性实施例，如将在下面更详细地描述的，热交换器100的外壳102限定多个流体通路120。流体通路120大体上构造成用于接收一种或多种主热交换流体。在这方面，例如，热交换器可限定一个或多个流体入口(未示出)和一个或多个流体出口(未示出)，以用于接收在热交换过程期间穿过流体通路120的任何适合数量的热交换流体。

此外，热交换器100可包括定位在流体通路120内的多个流湍流器122。如本文中使用的，“流湍流器”可为任何特征或结构，其定位在流体通路内并且构造成用于扰动、搅动或以其它方式影响该通路内的流体流。例如，在如热交换器100的热交换器中，流湍流器典型地用于增加热交换流体流的雷诺数，例如以产生增大处于热接触的两种流体之间的热传递效率的湍流。示例性流湍流器122将在下面详细地被描述。

值得注意的是，图2示出如具有弯曲的流体通路120的热交换器100。在这方面，例如，流体通路120可围绕分隔壁124弯曲，分隔壁124形成在外壳102的中心并且基本上沿着横向方向T延伸。应当意识到的是，如本文中使用的，近似用语(如“近似地”、“基本上”或“大约”)是指在百分之十的误差幅度内。根据备选的实施例，各个流体通路120可为直的、曲线的、蛇形的、螺旋的、正弦形的或任何其它适合的形状。这样的构造由本文中公开的增材制造过程实现。此外，本文中公开的增材制造过程实现流湍流器122在流体通路120各处(例如，甚至围绕流体通路120的曲线)的形成。例如，如图2中最佳示出的，热交换器100包括曲线部分126。在曲线部分126内，壁130为曲线的，并且至少一个流湍流器122定位在曲线部分126内。实际上，使用本文中描述的方法，流体通路120和流湍流器122可以任何适合的大小、数量、间距、形状和定向形成。这样的其它构造被认为在本主题的范围内。

现在参照图3，根据示例性实施例提供增材制造的热交换器100的节段的横截面视图。热交换器100可例如在图1的示例性燃气涡轮发动机中被使用，可如图2中示出的那样被构造，或者可具有用于在任何其它热交换应用中使用的任何其它适合的构造。本文中描述的特定构造(如流体通路120和流湍流器122的大小、形状以及定位)仅为示例性的，并且不意在限制本主题的范围。

如示出的，热交换器100包括间隔开以限定多个流体通路120的多个壁130。例如，根据示出的实施例，壁130在外壳102的底侧108和顶侧110之间沿着垂直方向V延伸，并且基本上彼此平行。以该方式，各个流体通路具有基本上矩形的横截面，并且其由底侧108、顶侧110以及两个相邻的壁130(或者如果沿着水平方向H在热交换器100的相对端部上，则由一个壁130以及左侧104和右侧106中的一个)界定。

现在也参照图4，根据示出的实施例，各个流体通路120沿着水平方向H在两个相邻的壁130之间限定宽度132。如示出的，各个流体通路120具有相同的宽度132，宽度132沿着垂直方向V沿着流体通路120的高度为一致的。然而，根据备选的实施例，流体通路120的宽度132可从一个流体通路120到下一个流体通路120而变化，或者可沿着流体通路120的高度变化。实际上，应当意识到的是，壁130可为任何形状和定向，以限定用于特定热交换器应用的适合的流体通路120。

例如，可选择流体通路120的宽度132，以改进穿过相应通路的流体流。在这方面，被构造成用于使油经过的流体通路120的宽度132可大于被构造成用于使空气经过的流体通路120的宽度132。然而，应当意识到的是，流体通路120可具有任何适合的大小和几何形状。

根据一个示例性实施例，多个流体通路120包括第一多个流体通路和第二多个流体通路。第二多个流体通路交替地设置在第一多个流体通路之间。大体上，第一多个流体通路例如经由单个入口彼此流体连通。此外，第二多个流体通路例如经由第二入口彼此流体连通，但是与第一多个流体通路流体隔离。以该方式，第一流体流(例如，热流体(如油))可穿过第一多个流体通路，并且第二流体流(例如，冷却流体(如燃料))可穿过第二多个流体通路。第一多个流体通路和第二多个流体通路彼此热连通，以用于在穿过其的流体之间传递热。第一流体流和第二流体流可以平行布置或反向流布置流动，以在两种流体流之间传递热。应当意识到的是，根据备选的实施例，流体通路120可被分成任何适合数量的通路，以用于在任何适合数量的流体之间执行热传递过程。

仍然大体上参照图3和图4，将更详细地描述流湍流器122。如以上解释的，流湍流器122为定位在流体通路120内以扰动热交换流体流来提高热传递效率的特征。如示出的，多个流湍流器122中的各个通过多个流体通路120中的一个在多个壁130的两个相邻的壁130之间(或者在壁130与侧部104、106之间)延伸。根据示出的实施例，流湍流器122基本上沿着水平方向H且基本上垂直于壁130延伸。然而，应当意识到的是，根据备选的实施例，流湍流器可针对特定应用而按期望以任何适合的方式成角度。

流湍流器122可具有任何适合的大小或形状，以用于搅动或混合流动穿过流体通路120的热交换流体。例如，根据示出的实施例，多个流湍流器122中的各个沿着垂直方向V(或沿着平行于壁130的方向)限定高度134。流湍流器122中的各个可具有相同的高度，或者流湍流器122可具有不同的高度，这取决于流体通路120的大小(例如，宽度132)、热交换流体的类型、热交换流体的流率等。例如，根据示出的示例性实施例，流湍流器122具有圆形横截面，该圆形横截面具有近似等于流体通路120的宽度132的一半的直径(例如，高度134)。作为备选，流湍流器122的高度134可与宽度132相同或可为任何其它适合的大小。

此外，流湍流器122可具有任何适合的横截面形状。例如，流湍流器122可具有圆形、非圆形、椭圆形、长方形、不规则形状或适合于热交换流体的特定流的任何其它横截面形状。此外，流湍流器122中的各个可限定任何适合半径的圆角(filleted)接头140，在该圆角接头140处，流湍流器122连结相应的两个相邻壁130。例如，特别是在高压流体系统中，尖锐的边缘(如在常规流湍流器被钎焊至热交换器壁时形成的那些)可变成高应力区域，从而导致裂纹、泄漏等。因此，根据示例性实施例，圆角接头140的半径可基于流体通路120内经历的热交换流体压力来选择。根据备选的实施例，流湍流器可采用适合于实现期望的流搅动、适合于减小接头处的应力集中、适合于对流体通路120提供必要的结构支承等的任何形状。

可按需要使用任何适合的材料以任何适合的几何形状、密度以及厚度构造热交换器100的各个部分，以对热交换器100提供必要的结构支承。例如，热交换器100的外壳102可由刚性、隔热材料形成。此外，外壳102可更厚且更密实，以对在燃气涡轮发动机的安装、组装和操作期间由热交换器100经历的载荷提供结构支承。相比之下，内壁(例如，壁120)可更薄并且由导热性更高的材料构造而成，以便增强热传递。

值得注意的是，在图3和图4中示出流湍流器122的仅一个平面。然而，参照图5，根据示出的示例性实施例，流湍流器122可沿着横向方向T定位在任何适合的位置处，并且可交错布置以增加与流湍流器122的流体接触。在这方面，流体通路120限定流体流动方向，并且沿着流体流动方向彼此相邻的流湍流器122相对于彼此偏移(例如，沿着垂直方向V)。值得注意的是，沿着流体流动方向的流湍流器122的偏移和间隔的幅度可变化，但保持在本主题的范围内。此外或者备选地，流湍流器可以不同的方式在各个流体通路120中被交错布置。

现在大体上参照图4和图5，热交换器100还可限定内部流体通路150，辅助热交换流体可通过内部流体通路150穿过热交换器100，以实现改进的热交换器效率。例如，根据示出的实施例，内部流体通路150被限定成穿过多个壁130、多个流湍流器122和/或外壳102。以该方式，辅助热交换流体可相对于穿过流体通路120的一种或多种热交换流体以错流布置经过。根据一个示例性实施例，辅助热交换流体可为从涡扇10放出的冷却空气流，以进一步冷却穿过流体通路120中的一个或多个的油。

根据图4中示出的示例性实施例，流湍流器沿着垂直方向V对准，使得单个内部流体通路150沿着直线(例如，沿着水平方向H)延伸穿过多个壁130和多个流湍流器122。然而，应当意识到的是，本文中描述的增材制造方法实现内部流体通路150在热交换器100的任何适合的部分中的形成。例如，如图5中示出的，多个流湍流器122未对准，使得内部流体通路150穿过多个壁130的长度，以在相邻的流湍流器122之间经过。更具体而言，使用图中限定的坐标系，内部流体通路150沿着水平方向H穿过流湍流器122，并且沿着垂直方向V穿过流湍流器122之间的壁130。以该方式，本文中描述的方法实现任何适合数量和构造的内部流体通路150的形成，以实现期望的热传递。

应当意识到的是，热交换器100在本文中仅出于解释本主题的方面的目的而被描述。例如，热交换器100将在本文中用于描述制造热交换器100的示例性构造、结构以及方法。应当意识到的是，本文中论述的增材制造技术可用于制造用于在任何适合的装置中、出于任何适合的目的和在任何适合的行业中使用的其它热交换器。因此，本文中描述的示例性构件和方法仅用于示出本主题的示例性方面，而不意在以任何方式限制本公开的范围。

现在已经提出了根据本主题的示例性实施例的热交换器100的结构和构造，现提供根据本主题的示例性实施例的用于形成热交换器的示例性方法200。方法200可由制造商使用，以形成热交换器100或任何其它适合的热交换器。应当意识到的是，在本文中仅论述示例性方法200，以描述本主题的示例性方面，而不意在为限制性的。

现在参照图6，方法200包括在步骤210通过连续沉积和熔融添加材料来形成多个壁，多个壁间隔开以限定多个流体通路。此外，方法200包括在步骤220通过连续沉积和熔融添加材料来形成多个流湍流器，多个流湍流器中的各个通过多个流体通路中的一个在多个壁中的两个相邻的壁之间延伸。内部流体通路被限定成穿过多个壁和多个流湍流器。根据示例性实施例，多个流体通路被构造成用于接收一种或多种主热交换流体，并且内部流体通路被构造成用于接收辅助热交换流体。值得注意的是，根据示出的实施例，多个壁和多个流湍流器一体地形成为单个整体式构件。

图6描绘出于说明和论述目的以特定顺序执行的步骤。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将理解的是，本文中论述的任何方法的步骤可以各种方式被调整、重排、扩展、省略或修改，而不脱离本公开的范围。此外，尽管使用热交换器100作为实例来解释方法200的方面，但是应当意识到的是，这些方法可被应用于制造任何适合的热交换器。

在上面描述了增材制造的热交换器和用于制造该热交换器的方法。值得注意的是，如以下描述的，热交换器100可大体上包括性能增强的几何形状和热交换特征，它们的实际实现方式通过增材制造过程而得以促进。例如，使用本文中描述的增材制造方法，热交换器可包括一体的湍流器，其例如通过增加热交换流体流的雷诺数来提高热传递效率。此外，本文中描述的增材制造技术实现通过热交换器的壳和壁以及通过湍流器本身限定的辅助热交换通路的形成。这些特征可在热交换器的设计期间被引入，使得它们可在构建过程期间以很少附加成本或无需附加成本容易地集成到热交换器中。此外，包括外壳、内壁、流湍流器以及其它特征的整个热交换器可一体地形成为单个整体式构件。

本书面描述使用实例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果这些其它实例包括与权利要求书的字面语言无显著差别的等同结构要素，则这些其它实例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种增材制造的热交换器，包括：

多个壁，其间隔开以限定多个流体通路；

多个流湍流器，所述多个流湍流器中的各个通过所述多个流体通路中的一个在所述多个壁中的两个相邻的壁之间延伸；以及

内部流体通路，其被限定成穿过所述壁中的至少一个和所述流湍流器中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个壁基本上彼此平行，并且所述多个流湍流器基本上垂直于所述多个壁延伸。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器中的各个限定高度，并且其中所述多个流湍流器中的至少两个的相应高度为不同的。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器对准，使得所述内部流体通路沿着直线延伸穿过所述多个壁和所述多个流湍流器。

5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器未对准，使得所述内部流体通路沿着所述多个壁的长度延伸，以在相邻的流湍流器之间经过。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器限定圆角接头，在所述圆角接头140处，所述多个流湍流器连结相应的所述两个相邻的壁。

7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器中的各个限定基本上圆形的横截面。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器中的一个或多个的所述圆形横截面的直径大约与所述多个流体通路中的相应一个的宽度相同。

9. 根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个流体通路包括：

第一多个流体通路；以及

第二多个流体通路，其中所述第二多个流体通路交替地设置在所述第一多个流体通路之间。

10.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个壁和所述多个流湍流器一体地形成为单个整体式构件。

11.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括曲线部分，其中所述多个壁在所述曲线部分内为曲线的，并且其中所述多个流湍流器中的至少一个定位在所述曲线部分内。

12.一种限定第一方向和第二方向的增材制造的热交换器，所述热交换器包括：

外壳，其沿着所述第一方向在第一端壁与第二端壁之间延伸，并且沿着所述第二方向在顶壁与底壁之间延伸；

多个壁，其定位在所述外壳内并且沿着所述第二方向在所述顶壁与所述底壁之间延伸，所述多个壁沿着所述第一方向间隔开以限定多个流体通路；

多个流湍流器，其定位在所述多个流体通路内，所述多个流湍流器中的各个沿着所述第一方向延伸；以及

内部流体通路，其被限定成穿过所述第一端壁、所述流湍流器中的至少一个、所述壁中的至少一个以及所述第二端壁。

13.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器中的各个限定沿着所述第二方向测量的高度，并且其中所述多个流湍流器中的至少两个的相应高度为不同的。

14.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器对准，使得所述内部流体通路沿着直线延伸穿过所述多个壁和所述多个流湍流器。

15.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器未对准，使得所述内部流体通路在所述多个壁中的一个内沿着所述第二方向延伸，以在相邻的流湍流器之间经过。

16.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器限定圆角接头，在所述圆角接头140处，所述多个流湍流器连结相邻的壁。

17.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述多个流湍流器中的各个限定基本上圆形的横截面，并且其中所述多个流湍流器中的一个或多个的所述圆形横截面的直径大约与所述多个流体通路中的相应一个的沿着所述第一方向的宽度相同。

18.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述外壳、所述多个壁以及所述多个流湍流器一体地形成为单个整体式构件。

19. 一种制造热交换器的方法，所述方法包括：

通过连续沉积和熔融添加材料来形成多个壁，所述多个壁间隔开以限定多个流体通路；以及

通过连续沉积和熔融添加材料来形成多个流湍流器，所述多个流湍流器中的各个通过所述多个流体通路中的一个在所述多个壁中的两个相邻的壁之间延伸，其中内部流体通路被限定成穿过所述多个壁和所述多个流湍流器。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个壁和所述多个流湍流器一体地形成为单个整体式构件。