CN112303215A - 一体式冷却子系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一体式冷却子系统。具体而言，提供了冷却子系统和制造冷却子系统的方法。例如，冷却子系统（100）包括热交换器（102）和歧管（104），歧管（104）包括与通过热交换器和歧管的工作流体（F）流成流体连通的第一传感器座（112）和第一阀座（116）。热交换器（102）和歧管（104）一体地形成为单个单元。在一些实施例中，歧管（104）还包括第二传感器座（114）、第二阀座（118）和多个内部通路（128、130、132、134、136、142、146、148、150），内部通路将第一传感器座（112）和第二传感器座（114）以及第一阀座（116）和第二阀座（118）与工作流体入口（124）和工作流体出口（126）流体地连接以使工作流体进入和离开歧管（104）。冷却子系统可通过一种或多种增材制造方法来制造。

Description

一体式冷却子系统

政府资助的研究

主导本申请的项目根据欧盟地平线2020研究与创新计划，根据CS2-FRC-GAM 2018/2019-807090号拨款协议从Clean Sky 2 Joint Undertaking获得了资助。

技术领域

本主题总体上涉及热管理系统，如用于发动机和马达的冷却子系统。

背景技术

通常，发动机或马达驱动系统的工作流体需要冷却，例如，以优化机器的性能。举例来说，通过冷却用于涡轮机的变速箱或变速器（如涡扇发动机的风扇变速箱或直升机的转子驱动系统）的润滑油可获得性能益处。通常，热交换器和各种阀、过滤器、传感器等使用管道和配件流体联接，并且工作流体例如通过与空气或另一较冷流体的热交换而通过该组件，例如以冷却油。然而，多个导管、配件和接口提供了多个泄漏点，并且这样的冷却系统需要相对大的整体封壳来容纳该系统。此外，多个零件会使系统的组装以及故障排除和解决系统问题变得复杂，这会增加维护和制造的复杂性、时间以及成本。因此，有助于克服这些问题的热管理系统、子系统和/或特征的改进将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述清楚，或可通过实施本发明理解到。

在本主题的一个示例性实施例中，提供了一种冷却子系统。冷却子系统包括热交换器和歧管，歧管包括第一传感器座和第一阀座。第一传感器座和第一阀座与通过热交换器和歧管的工作流体流成流体连通。热交换器和歧管一体地形成为单个单元。

在本主题的另一示例性实施例中，提供了一种制造冷却子系统的方法。该方法包括将增材材料层沉积在增材制造机器的床上，以及将能量从能量源选择性地引导到增材材料层上以熔合增材材料的一部分且形成冷却子系统。冷却子系统包括热交换器和歧管，并且歧管包括第一传感器座和第一阀座。

在又一个本主题的一个示例性实施例中，提供了一种冷却子系统。冷却子系统包括一体地形成为单个单元的热交换器和歧管。歧管包括第一传感器座、第二传感器座、第一阀座、第二阀座和多个内部通路。多个内部通路包括用于使工作流体进入歧管的工作流体入口和用于从歧管排出工作流体的工作流体出口。多个内部通路将第一传感器座、第二传感器座、第一阀座和第二阀座与工作流体入口和工作流体出口流体地连接。

本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求书变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。

技术方案1. 一种冷却子系统（100），包括：

热交换器（102）；以及

歧管（104），其包括

第一传感器座（112），以及

第一阀座（116），

其中所述第一传感器座和所述第一阀座与通过所述热交换器（102）和所述歧管（104）的工作流体（F）流成流体连通，以及

其中所述热交换器（102）和所述歧管（104）一体地形成为单个单元。

技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括工作流体入口（124）和工作流体出口（126）。

技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括工作流体过滤器座（120）。

技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括第二传感器座（114）。

技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括用于使所述工作流体（F）流过其中的第一内部通路（128），所述第一内部通路从工作流体入口通路（130）延伸，所述工作流体入口通路从所述工作流体入口（124）延伸到所述第二传感器座（114）。

技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括用于使所述工作流体（F）流过其中的第二内部通路（132），所述第二内部通路在所述第二传感器座（114）和所述工作流体过滤器座（120）之间延伸。

技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括第二阀座（118）。

技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括各自用于使所述工作流体（F）流过其中的第三内部通路（134）、第四内部通路（136）、第五内部通路（142）和第六内部通路（146），

其中所述第三内部通路（134）从所述工作流体过滤器座（120）延伸到所述第一阀座（116），所述第三内部通路构造成使所述工作流体流绕过设置在所述工作流体过滤器座中的过滤器（140），

其中所述第四内部通路（136）从所述工作流体过滤器座（120）延伸到所述热交换器（102），

其中所述第五内部通路（142）从所述工作流体过滤器座（120）的下游延伸到所述第一阀座（116），所述第五内部通路构造成使所述工作流体（F）流绕过所述热交换器（102），以及

其中所述第六内部通路（146）从所述第二阀座（118）延伸到延伸穿过所述热交换器（102）的工作流体流径（110）。

技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括将所述工作流体入口（124）流体地连接到所述工作流体出口（126）的多个内部通路（128、130、132、134、136、142、146、148、150），以及

其中所述第一传感器座（112）和所述第一阀座（116）沿所述多个内部通路设置。

技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述热交换器（102）包括第二工作流体入口（106）和第二工作流体出口（108）。

技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述热交换器（102）具有弧形形状。

技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述冷却子系统（100）构造成用于安装至变速箱（10）以冷却流过所述变速箱的润滑油。

技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述冷却子系统（100）构造成用于安装至涡轮机以冷却流过所述涡轮机的发动机的流体。

技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述冷却子系统（100）构造成用于安装至电马达以冷却流过所述电马达的流体。

技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的冷却子系统，其中，所述冷却子系统（100）包括通过以下形成的多层：

将增材材料层沉积在增材制造机器的床上；以及

将能量从能量源选择性地引导到所述增材材料层上以熔合所述增材材料的一部分。

附图说明

包括针对本领域的普通技术人员的其最佳模式的本发明的完整且充分的公开在参照附图的说明书中阐明，在附图中：

图1提供了根据本主题的示例性实施例的冷却子系统的透视图，该冷却子系统安装到由机舱包围的变速箱，使得该冷却子系统设置在变速箱和机舱之间。

图2提供了图1的冷却子系统、变速箱和机舱的端视图。

图3提供了图1的冷却子系统的顶视图。

图4提供了图1的冷却子系统的歧管和热交换器的一部分的部分半透明侧视图。

图5提供了图4的歧管的部分半透明顶视图。

图6提供了图4的歧管的部分半透明侧视图。

图7提供了图4的歧管的第一传感器座部分的部分半透明局部放大视图。

图8提供了根据本主题的示例性实施例的用于形成具有一体式热交换器和歧管的冷却子系统的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。该详细描述使用了数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和说明书中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。

词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、例证或示范”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定看作是相比其它实施方式优选或有利的。

如本文使用的用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。

用语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，且后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。

用语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，且“下游”是指流体流至的方向。

用语“联接”，“固定”，“附接到”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间构件或特征的间接联接、固定或附接两者，除非本文另有规定。

单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。

如本文在说明书和权利要求书各处使用的近似语言用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个用语如“大约”、“大概”和“大致”修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于测量值的仪器的精度，或构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可表示在10%的裕度内。

这里和说明书和权利要求书各处，范围限制组合和互换，此范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。例如，本文公开的所有范围都包含端点，且端点可与彼此独立地组合。

现在转向附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，图1提供了如作为组件的一部分安装的冷却子系统100的透视示意图，且图2提供了冷却子系统的端部示意图。将认识到，冷却子系统100可安装在用于冷却一种或多种流体的任何数量的设备、装置或系统中。例如，冷却子系统100可用于冷却驱动转子或螺旋桨（如由燃气涡轮发动机或电马达驱动的转子或螺旋桨）的变速箱或变速器10的传动油，变速箱或变速器在图1和2中的示例性实施例中沿轴向中心线12延伸，并且由机舱20包围，机舱限制了用于冷却子系统100的安装空间。更具体地，在一些实施例中，冷却子系统100可为空气冷却的油冷却器。冷却子系统100可构造成用于安装到变速箱10以冷却流过变速箱10的润滑油，并且冷却子系统100可直接安装而在变速箱10和子系统100之间没有任何管道连接。将认识到，本主题可适用于任何类型的变速器、发动机或马达。例如，本主题可适用于与涡扇发动机、涡轮螺旋桨、涡轮轴、涡轮喷气、工业和船舶燃气涡轮发动机、直升机转子驱动系统、螺旋桨驱动系统和/或它们的动力单元、电气和/或混合动力航空发动机、电气和/或混合动力发动机一起使用或在其中使用。此外，如本文更详细地解释的，冷却子系统100形成为单个单元，例如，使得冷却子系统100在单个部分中包括热交换器、用于相关联的液压回路的所有主要设备（例如阀、过滤器、传感器、粗滤器）的座，以及回路构件之间的相关流体连接。此外，单个部分冷却子系统100以其可安装为靠近变速箱或变速器10或发动机/马达的方式形成。

总体上参照图1和图2，冷却子系统包括热交换器102和歧管104。如所述，热交换器102和歧管104以及本文所述的其各种构件和部分一体地形成为单个单元。热交换器102和歧管104可通过任何适当的过程（例如，增材制造过程）一体地形成。这样形成可允许冷却子系统100具有一定形状，使得子系统100符合、补充或适合其中安装子系统100的区域的空间和/或气流特征。

如图2的示例性实施例中所示，冷却子系统100呈弧形或部分环带的形式。更确切地，子系统100的热交换器102具有弧形形状或部分环形形状。例如，可取决于气流特征和可用空间来设计若干不同的热交换器形状和布局，以适应周围的几何形状，使得可设计出用于不同直升机应用、航空发动机区域或涡轮机械应用的合适包装。通过适应周围的几何形状，可减小冷却系统100的整体包络。将理解的是，冷却子系统100或其任何部分，如热交换器102，可形成为对于其中安装冷却子系统100的区域具有适当或期望的形状。即，冷却子系统100可具有符合安装位置和/或所需功能的约束的任何形状。因而，冷却子系统100的形状可从一个实施例到另一实施例而变化，其中各种形状符合不同安装位置和/或应用的特定约束。例如，包括热交换器102和歧管104的油系统附件的冷却子系统100的径向包络可定制，与已知设计相比，这可提供径向包络的显著减小。另外，子系统100的定制的径向包络可允许将冷却子系统包装安装在变速箱壳体上并应对周围的机舱20的径向包络，这也可简化与气流管道的集成。

如图3的示例性实施例所示，热交换器102包括空气入口区域106和空气出口区域108，使得空气通过热交换器102从入口区域106流到出口区域108。如下所述，空气入口区域106和空气出口区域108也可分别称为第二工作流体入口106和第二工作流体出口108。热交换器102还包括用于工作流体F的流径110。工作流体流径110设置在空气入口区域106和空气出口区域108之间。更具体地，流径110设置成使得在流过热交换器102的空气与流过流体流径110的工作流体F之间可发生热交换。例如，如图1-4中所示，工作流体流径110包括多个连接的通路或导管111，并且每个通路111从热交换器102的在歧管104处的第一端102a延伸到与歧管104相对的第二端102b。在示例性实施例中，每个通路111具有弧形形状或部分环形形状，与冷却子系统100的热交换器102的形状一致。如图3中所示，相邻的通路111可通过连接器导管111c在第一端102a或第二端102b处连接，使得多个通路111成流体连通，从而限定了工作流体F流过其中的流径110。

冷却剂流，例如空气，可从任何地方引导到冷却子系统100的热交换器部分102。即，冷却剂流可引导到空气入口区域106，使得冷却剂可流过热交换器102以冷却工作流体F。例如，冷却剂可从涡轮机的外部引导，在该涡轮机中，冷却子系统100，例如，冷却剂可为环境空气，或冷却剂可从涡轮机的进气或排气区域引导。在其它实施例中，工作流体F可为冷却剂流，使得冷却空气。在还有其它实施例中，热交换器102可利用除空气之外的流体来与工作流体F进行热交换。一般来说，第二工作流体F₂从热交换器102的第二工作流体入口106流到第二工作流体出口108，以与流过流径110的工作流体F进行热交换，并且在示例性实施例中，第二工作流体F₂是空气。

如图4-7中最清楚地所示，歧管104包括用于传感器、阀和其它此类设备的多个座。更具体地，在所示的示例性实施例中，歧管104包括第一传感器座112和第二传感器座114。另外，如图所示，歧管104可包括第一阀座116和第二阀座118。此外，在其中工作流体F是油（例如，用于在涡扇发动机的风扇变速箱或直升机的转子驱动系统的其它变速箱或电马达的轴承内进行润滑）的实施例中，歧管104还可包括油过滤器座120和粗滤器座122。将认识到，如果工作流体F是除油以外的流体，则可省略油过滤器座120和/或粗滤器座122，和/或歧管104中可包括其它设备或设备座。例如，油过滤器座120大体可为工作流体过滤器座120。工作流体F可为用于在其中安装了冷却子系统100的特定系统、装置或设备内使用的任何合适的流体。

如例如在图5中所示，歧管104还包括工作流体入口124和工作流体出口126。将认识到，工作流体入口124和工作流体出口126连接到一个或多个外部通路或导管，工作流体F通过该外部通路或导管传递。如从本文的描述和附图将理解，工作流体入口124和工作流体出口126在冷却子系统100和子系统100外部的构件之间形成单个流体接口。也就是说，在示例性实施例中，工作流体F相对于子系统100仅具有一个入口点和一个出口点，工作流体入口124用于使工作流体F流入或进入歧管104，且工作流体出口126用于使工作流体F从歧管104流出或离开。从工作流体入口124到工作流体出口126限定了内部通路或流体管线，以将入口124与出口126流体地连接。如在图5-7的示例性实施例中所示，从工作流体入口通路130到第二传感器座114在歧管104中限定了第一内部通路128，并且从工作流体过滤器座120到第二传感器座114在歧管104中限定了第二内部通路132。如图5和图6中所示，工作流体入口通路130可从工作流体入口124到工作流体过滤器座120限定在歧管104中。

此外，如图6中最清楚地所示，该示例性实施例包括从工作流体过滤器座120到第二阀座118在歧管104中限定的第三内部通路134，以及从过滤器座120到第二阀座118在歧管104中限定的第四内部通路136。更具体地，第二阀138（图2）可设置在第二阀座118中，并且第二阀可为旁通阀，其允许绕过设置在工作流体过滤器座120中的过滤器140，即，第二阀138控制工作流体F是流过过滤器140还是绕过过滤器140。因而，第三内部通路134可允许工作流体F绕过过滤器140并流向第二阀138。例如，在过滤器140堵塞的情况下，第三内部通路134和第二阀138可用于绕过过滤器140。第四内部通路136可允许流过过滤器140（而不是绕过过滤器140）的工作流体F从工作流体过滤器座120中的过滤器140流到第二阀座118。

第五内部通路142可从第二阀座118到第一阀座116限定在歧管104中。在一些实施例中，设置在第一阀座116中的第一阀144（图2）是旁通阀，其允许绕过热交换器102。即，第一阀144可控制工作流体F是流过冷却子系统100的热交换器102还是绕过热交换器102，并因此仅流过冷却子系统100的歧管104。例如，如果工作流体F（例如，润滑油）是冷的并且不会受益于与通过热交换器102的空气的热交换，则第一阀144可用于绕过热交换器102。因此，第一阀144和第二阀138可为热和/或机械旁通阀，用于分别引导工作流体F远离油过滤器140和热交换器102。

此外，在所示的实施例中，第六内部通路146从第二阀座118到热交换器102限定在歧管104中，即从第二阀座118到工作流体流径110。类似地，第七内部通路148从热交换器102到第一阀座116限定在歧管104中，即从工作流体流径110到第一阀座116。如在示例性实施例中进一步描绘的，工作流体出口通路150从第一阀座116到工作流体出口126限定在歧管104中。如图5中所示，第一传感器座112可设置成与工作流体出口通路150成流体连通。

如图所示，包括工作流体流径110在内的多个内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150可各自具有独特的几何形状。每个内部通路110、128、130、132、134、136、142、146、148、150的几何形状可构造成例如优化冷却子系统100模块的占地面积、性能等。更具体地，每个内部通路110、128、130、132、134、136、142、146、148、150可相对于冷却子系统100的参考轴线或表面以独特的角度或位置限定，例如，以帮助基于其安装位置来优化冷却子系统100的形状和尺寸。此外，每个内部通路110、128、130、132、134、136、142、146、148、150可具有用于优化冷却子系统100的占地面积和/或性能的截面形状和/或尺寸。

具体参照图4，第一传感器152可设置在第一传感器座112中，并且第二传感器154可设置在第二传感器座114中。在一些实施例中，第一传感器152可为感测工作流体F的压力的压力传感器，并且第二传感器154可为温度、流速或压力传感器等。因此，在其中工作流体F是润滑油的实施例中，第一传感器152可为油压换能器。

如在示例性实施例中进一步所示，歧管104包括外壁156，该外壁限定了歧管104的外表面158。多个内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150限定在外壁156的内侧，使得形成歧管的材料的厚度t（图5）设置在歧管104的外表面158和内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150之间。厚度t可在整个歧管104中变化，使得可在沿歧管104的各个位置处在内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150和外表面158之间设置更多或更少的材料。

将认识到，多个内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150形成了通过歧管104的工作流体流径，并将工作流体入口124与工作流体出口126流体地连接。此外，将理解，多个内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150以及穿过热交换器102的工作流体流径110可为从工作流体入口124延伸到工作流体出口126并形成用于工作流体F通过冷却子组件100的流径的单个导管的部分。各种阀座、传感器座和过滤器座112、114、116、118、120、122沿歧管104中限定的工作流体流径设置，使得可将诸如阀、传感器和过滤器/粗滤器之类的设备定位成与工作流体F成流体连通。因而，可例如使用第一传感器152和/或第二传感器154来感测和/或测量工作流体F的各种参数，并且可通过一个或多个阀，如第一阀144和/或第二阀138来控制工作流体F流。一个或多个过滤器和/或粗滤器，如油过滤器140和粗滤器122，可设置在工作流体F流中，以帮助从工作流体F清除碎屑和/或其它污染物，例如，以改善工作流体F的流动特征和/或热交换能力。在一些实施例中，粗滤器122可定位在工作流体入口通路130中，例如，以在工作流体进入冷却子系统100时收集碎屑或污染物，并且过滤器140可定位在热交换器102的下游。

大体上，本文所述的冷却子系统100的示例性实施例可使用任何合适的过程来制造或形成。然而，根据本主题的若干方面，可使用增材制造过程（如3D打印过程）来形成单个单元的冷却子系统100。使用这样的过程可允许冷却子系统100一体地形成为单个整体式构件，或形成为任何合适数量的子构件。具体而言，该制造过程可允许冷却子系统100一体地形成，且包括在使用现有制造方法时不可能的多种特征。例如，本文所述的增材制造方法使得能够制造具有任何合适的尺寸和形状，具有设备座、内部通路和热交换器特征的一种或多种构造，以及使用现有的制造方法所无法实现的其它特征的冷却子系统。本文描述了这些新颖特征中的一些。

如本文使用的用语“增材制造”或“增材制造技术或过程”大体上是指制造过程，其中相继材料层设在彼此上，以逐层“累积”三维构件。相继层大体上熔合在一起来形成整体构件，其具有多种一体的子构件。尽管本文将增材制造技术描述为允许复杂物体通过通常沿竖直方向逐点、逐层构成物体来制成，但其它制造方法是可能的，且在本主题的范围内。例如，尽管本文论述涉及材料的增材来形成相继层，但本领域的技术人员将认识到，本文公开的方法和结构可利用任何增材制造技术或制造技术来实施。例如，本发明的实施例可使用层增材过程、层减材过程或混合过程。

根据本公开的合适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）、诸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）、激光工程净成形（LENS）、激光净形制造（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）和其它已知的过程。

除了使用直接金属激光烧结（DMLS）或直接金属激光熔化（DMLM）过程（其中使用能量源来选择性地烧结或熔化一部分粉末层）之外，应当认识到，根据备选实施例中，增材制造过程可为“粘合剂喷射”过程。在这方面，粘合剂喷射涉及以与上述类似的方式相继沉积增材粉末层。然而，代替使用能量源产生能量束以选择性地熔化或熔合增材粉末，粘合剂喷射涉及将液体粘合剂选择性地沉积在每个粉末层上。液体粘合剂可为例如光固化聚合物或另一种液体粘结剂。其它合适的增材制造方法和变型旨在处于本主题的范围内。

本文所述的增材制造过程可用于使用任何适合的材料来形成构件。例如，材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光敏聚合物树脂，或可为固体、液体、粉末、片材、线或任何其它适合形式的任何其它适合的材料。更确切地，根据本主题的示例性实施例，本文所述的增材制造的构件可部分地、完全地或以一些组合的材料形成，该材料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、铁、铁合金、不锈钢和镍或钴基超合金（例如，可从Special Metals公司获得的名称为Inconel®的那些）。这些材料是适用于本文所述的增材制造过程中的材料的示例，且可大体上称为“增材材料”。

此外，本领域的技术人员将认识到，用于粘结那些材料的多种材料和方法可使用，且构想为在本公开内容的范围内。如本文使用的提到的“熔合”可表示用于产生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，则熔合可表示产生聚合物材料之间的热固性粘结。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认识到，由增材制造制作构件的熔合材料的其它方法是可能的，且当前公开的主题可利用那些方法来实施。

此外，本文公开的增材制造过程允许单个构件由多种材料形成。因此，本文所述的构件可由以上材料的任何适合的混合物形成。例如，构件可包括使用不同材料、过程和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、节段或部分。以此方式，构件可构造成具有不同的材料和材料性质来满足任何具体应用的需求。此外，尽管详细描述了用于形成本文描述的构件的增材制造过程，但是应当认识到，在备选实施例中，可经由铸造、机械加工和/或任何其它合适的制造过程来形成这些构件的全部或一部分。实际上，材料和制造方法的任何适合的组合可用于形成这些构件。

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）来制造构件。因此，构件的三维设计模型可在制造之前限定。在此方面，可扫描构件的模型或原型来确定构件的三维信息。作为另一个示例，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的3D数字坐标，包括构件的外表面和内表面。例如，设计模型可限定本体、表面和/或内部通路，如，开口、支承结构等。在一个示例性实施例中，三维设计模型转换成多个切片或节段，例如，沿构件的中心（例如，竖直）轴线或任何其它适合的轴线。每个切片可限定切片的预定高度内的构件的薄截面。多个相继截面切片一起形成3D构件。构件然后逐切片或逐层“累积”，直到完成。

以此方式，本文所述的构件可使用增材过程来制造，或更确切地，每层是相继地形成的，例如，通过使用激光能量或热熔合或聚合物化塑料，或通过烧结或熔化金属粉末。例如，具体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，以烧结或熔化粉末材料。可使用任何适合的激光和激光参数，包括相对于功率、激光束点尺寸和扫描速率的考虑。构建材料可由选择成用于增强强度、耐用性和使用寿命（特别是在高温下）的任何合适的粉末或材料形成。

每个相继层例如可在约10μm到200μm之间，但厚度可基于任何数量的参数选择，且根据备选实施例，可为任何适合的尺寸。因此，使用上文所述的增材形成方法，本文所述的构件可具有与增材成形过程期间使用的相关联的粉末层的一个厚度一样薄的截面，例如，10μm。

此外，使用增材过程，构件的表面光洁度和特征可取决于应用按需要变化。例如，表面光洁度可通过在增材过程期间选择适合的激光扫描参数（例如，激光功率、扫描速度、激光焦点尺寸等）来调整（例如，制作成更光滑或更粗糙），尤其是在对应于部分表面的截面层的外周中，然后例如允许热交换器性能优化。例如，较粗糙的光洁度可通过增大激光扫描速度或减小形成的熔池的尺寸来实现，且更光滑的光洁度可通过减小激光扫描速度或增大形成的熔池的尺寸来实现。扫描图案和/或激光功率也可改变来改变选择区域中的表面光洁度。

值得注意的是，在示例性实施例中，本文所述的构件的若干特征由于制造约束而在以前是不可能的。然而，本发明人有利地利用了增材制造技术中的目前的进步来开发大体上根据本公开的此构件的示例性实施例。尽管本公开不限于使用增材制造来大体上形成这些构件，但增材制造的确提供了多种制造优点，包括容易制造、降低成本、较高准确性等。

在此方面，使用增材制造方法，甚至多部分构件可形成为单件相继材料（例如，金属），且因此相比于现有设计包括较少的子构件和/或接头。这些多部分构件通过增材制造一体形成可有利地改善整个组装过程。例如，一体形成减少了必须组装的单独部分的数量，因此减少了相关联的时间和总体组装成本。另外，可有利地减少例如单独部分之间的泄漏和接头质量的现有问题，而整体性能可提高。

另外，上文所述的增材制造方法允许本文所述的构件的更错综和复杂的形状和轮廓。例如，这样的构件可包括薄的增材制造层和独特的内部通路几何形状，如以角度限定和/或具有截面形状和/或区域的内部通路，以优化冷却子系统的占地面积。此外，增材制造过程允许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出不同的性能特征。制造过程的相继增材性质允许了这些新颖特征的构成。结果，本文描述的构件可表现出改进的性能和可靠性。

既然已经提出了根据本主题的示例性实施例的冷却子系统100的构建和构造，提供了用于形成根据本主题的示例性实施例的冷却子系统的示例性方法800。制造商可使用方法800来形成冷却子系统100或任何其它合适的冷却子系统。应认识到，本文仅论述了示例性方法800来描述本主题的示例性方面，且不旨在限制。

现在参照图8，方法800包括在步骤810处将增材材料层沉积在增材制造机器的床上。方法800还包括在步骤820处将能量从能量源选择性地引导到增材材料层上以熔合增材材料的一部分且形成冷却子系统。例如，使用上面的示例，可形成用于航空发动机的变速箱的冷却子系统100。

增材制造的冷却子系统100可包括热交换器102和歧管104。热交换器102可限定空气入口区域106和空气出口区域108，其中工作流体流径110在它们之间延伸。歧管104可限定第一传感器座112、第二传感器座114、第一阀座116和第二阀座118。而且，歧管可限定工作流体过滤器座120，如油过滤器座。歧管104可进一步限定工作流体入口124和工作流体出口126，其中多个内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150流体地连接入口124、工作流体流径110和出口126。传感器座112、114、阀座116、118和过滤器座120可与多个内部通路128、130、132、134、136、142、146、148、150成流体连通，使得例如定位在每个相应的传感器座112、114中的传感器、定位在每个相应的阀座116、118中的阀以及定位在工作流体过滤器座120中的过滤器可与流过由通路110、128、130、132、134、136、142、146、148、150限定的流径的工作流体F成流体连通。值得注意的是，热交换器102和歧管104在增材制造过程期间一体地形成，使得热交换器102和歧管104是单个一体构件。

图8绘出了出于图示和论述的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，可以以各种方式调整、重新布置、扩展、省略或修改本文所讨论的任何方法的步骤，而不偏离本公开的范围。此外，尽管使用冷却子系统100为示例阐释了方法800的各个方面，但是应当认识到，这些方法可应用于制造任何合适的冷却子系统。另外，尽管本文仅详细描述了增材制造方法，但是将理解，具有一体式热交换器102和歧管104的冷却子系统100可通过其它合适的方法形成，如在适合的模具中铸造等。

上文描述了冷却子系统和用于制造冷却子系统的方法的各种实施例。值得注意的是，冷却子系统100大体可包括几何形状和构造，如本文所述，其实际实施可通过增材制造过程来促进。例如，使用本文所述的增材制造方法，冷却子系统100可包括热交换器102和歧管104，歧管包括一体地形成为单个单元的多个设备座和流体通路。在示例性实施例中，一体式冷却子系统100是包括变速器油冷却系统的大部分构件的子组件，包括在单个部分或壳中的主热交换器（例如，空气冷却的油冷却器）、用于相关液压回路的所有主要设备（例如阀、过滤器、传感器、粗滤器）的座两者，以及油回路的构件之间的相关流体连接。通过利用增材制造技术，冷却子系统100可特征在于子系统的构件之间的流体连接（例如内部通路）具有常规机械加工或铸造技术无法实现的直径、厚度和/或路线布局。

附加地或备选地，冷却子系统100可通过为所有流体连接提供单个接口而成形为允许在变速箱、变速器等上直接组装。例如，可使用若干不同的内部通路网络布局和/或热交换器形状，这可优化冷却和系统集成。结果，子系统100可为“附加套件”或独立部分，即，可在安装之前预先组装和/或测试并然后易于安装的子系统。此外，子系统100的热交换器部分和设备座可设计为适合可用的安装空间并符合特定安装位置的气流特征，这可帮助热交换器实现高交换热与包络比。尽管本文针对涡轮机的变速箱或变速器进行了描述，但是本主题还可应用于涡轮机的其它油或液压子系统，例如，航空发动机的底盖或ADT紧凑型子系统或外表面冷却器和阀包装。此外，其可应用于其它马达和发动机，如马达运载器和/或电气应用，其中需要冷却能力并且减小了可用的安装包络和/或特征为复杂的形状。此外，本文所述的冷却子系统100的特征可显著减少冷却子系统的油路线和总体包络，这可提供容易的可及性和更快的更换，以及改进的包装，例如在变速箱或底盖中。

此外，通过减少或消除管道、外部连接和更少的零件数，可增强冷却子系统100的可靠性，可减少组装子系统100的时间，和/或一旦子系统100投入使用，维护的复杂性可降低（即，子系统100可比其它设计更容易维护）。更具体地，在其中冷却子系统100是变速器油冷却子系统的示例性实施例中，避免或消除了所有外部油管道，仅在冷却子系统100与外部构件之间有单个外部接口，提供了可靠性增强。通过将设备（例如，阀、油过滤器、粗滤器、压力传感器）与热交换器集成在单个壳中或作为单个单元来移除油冷却系统的所有管道和配件，也可实现显著系统重量降低。此外，冷却子系统100可允许改善通常是独立管线可更换构件的油系统构件的维护动作，因为冷却子系统100的所有部分都分组在同一位置，限定了一体管线可替换子系统。此外，在冷却子系统100有问题的情况下，整个子系统100可在机翼上相对较快地更换，这可最小化在替换子系统100上可在机翼外完成的AOG故障排除（例如，漏油）。例如，如本文所述，冷却子系统100可具有用于子系统100内的所有流体通路的单个外部接口，这可使子系统100能够与其中安装子系统100的设备、装置或系统分开地测试。

附加地或备选地，例如由于通过增材制造来制造冷却子系统，大体可减少开发和采购的前置时间。此外，例如由于传统的热交换器和管道不能达到的较低的管道损失和交换器几何形状，可改善热交换和工作流体的降压性能。

本发明的其它方面由以下条款的主题提供：

1. 一种冷却子系统，包括：热交换器和包括第一传感器座和第一阀座的歧管，其中第一传感器座和第一阀座与通过热交换器和歧管的工作流体流成流体连通，并且其中热交换器和歧管一体地形成为单个单元。

2. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括工作流体入口和工作流体出口。

3. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括工作流体过滤器座。

4. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括第二传感器座。

5. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括用于使工作流体流过其中的第一内部通路，第一内部通路从工作流体入口通路延伸，工作流体入口通路从工作流体入口延伸至第二传感器座。

6. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括用于使工作流体流过其中的第二内部通路，第二内部通路在第二传感器座和工作流体过滤器座之间延伸。

7. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括第二阀座。

8. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括各自用于使工作流体流过其中的第三内部通路、第四内部通路、第五内部通路和第六内部通路，其中第三内部通路从工作流体过滤器座延伸到第一阀座，第三内部通路构造成使工作流体流绕过设置在工作流体过滤器座中的过滤器，其中第四内部通路从工作流体过滤器座延伸到热交换器，其中第五内部通路从工作流体过滤器座的下游延伸到第一阀座，第五内部通路构造成使工作流体流绕过热交换器，并且其中第六内部通路从第二阀座延伸到延伸穿过热交换器的工作流体流径。

9. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中歧管还包括将工作流体入口流体地连接到工作流体出口的多个内部通路，并且其中第一传感器座和第一阀座沿该多个内部通路设置。

10. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中热交换器包括第二工作流体入口和第二工作流体出口。

11. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中热交换器具有弧形形状。

12. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中冷却子系统构造成用于安装至变速箱以冷却流过变速箱的润滑油。

13. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中冷却子系统构造成用于安装至涡轮机以冷却流过涡轮机的发动机的流体。

14. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中冷却子系统构造成用于安装至电马达以冷却流过电马达的流体。

15. 根据任何前述条款所述的冷却子系统，其中冷却子系统包括多层，多层通过将增材材料层沉积在增材制造机器的床上，以及将能量从能量源选择性地引导到增材材料层上以熔合增材材料的一部分来形成。

16. 一种制造冷却子系统的方法，该方法包括：将增材材料层沉积在增材制造机器的床上，以及将能量从能量源选择性地引导到增材材料层上以熔合增材材料的一部分，并形成冷却子系统，该冷却子系统包括热交换器和歧管，歧管包括第一传感器座和第一阀座。

17. 根据任何前述条款所述的方法，其中热交换器和歧管一体地形成为单个单元。

18. 根据任何前述条款所述的方法，其中歧管还包括第二传感器座、第二阀座和工作流体过滤器座。

19. 根据任何前述条款所述的方法，其中歧管还包括多个内部通路、工作流体入口和工作流体出口，其中多个内部通路将第一传感器座、第二传感器座、第一阀座、第二阀座和工作流体过滤器座与工作流体入口和工作流体出口流体地连接。

20. 一种冷却子系统，包括：热交换器和歧管，歧管包括第一传感器座、第二传感器座、第一阀座、第二阀座和多个内部通路，多个内部通路包括用于使工作流体进入歧管的工作流体入口和用于使工作流体从歧管流出的工作流体出口，其中多个内部通路将第一传感器座、第二传感器座、第一阀座和第二阀座与工作流体入口和工作流体出口流体地连接，并且其中热交换器和歧管一体地形成为单个单元。

本书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它示例在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种冷却子系统（100），包括：

热交换器（102）；以及

歧管（104），其包括

第一传感器座（112），以及

第一阀座（116），

其中所述第一传感器座和所述第一阀座与通过所述热交换器（102）和所述歧管（104）的工作流体（F）流成流体连通，以及

其中所述热交换器（102）和所述歧管（104）一体地形成为单个单元。

2.根据权利要求1所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括工作流体入口（124）和工作流体出口（126）。

3.根据权利要求2所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括工作流体过滤器座（120）。

4.根据权利要求3所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括第二传感器座（114）。

5.根据权利要求4所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括用于使所述工作流体（F）流过其中的第一内部通路（128），所述第一内部通路从工作流体入口通路（130）延伸，所述工作流体入口通路从所述工作流体入口（124）延伸到所述第二传感器座（114）。

6.根据权利要求4所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括用于使所述工作流体（F）流过其中的第二内部通路（132），所述第二内部通路在所述第二传感器座（114）和所述工作流体过滤器座（120）之间延伸。

7.根据权利要求3所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括第二阀座（118）。

8.根据权利要求7所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括各自用于使所述工作流体（F）流过其中的第三内部通路（134）、第四内部通路（136）、第五内部通路（142）和第六内部通路（146），

其中所述第三内部通路（134）从所述工作流体过滤器座（120）延伸到所述第一阀座（116），所述第三内部通路构造成使所述工作流体流绕过设置在所述工作流体过滤器座中的过滤器（140），

其中所述第四内部通路（136）从所述工作流体过滤器座（120）延伸到所述热交换器（102），

其中所述第五内部通路（142）从所述工作流体过滤器座（120）的下游延伸到所述第一阀座（116），所述第五内部通路构造成使所述工作流体（F）流绕过所述热交换器（102），以及

其中所述第六内部通路（146）从所述第二阀座（118）延伸到延伸穿过所述热交换器（102）的工作流体流径（110）。

9.根据权利要求2所述的冷却子系统，其中，所述歧管（104）还包括将所述工作流体入口（124）流体地连接到所述工作流体出口（126）的多个内部通路（128、130、132、134、136、142、146、148、150），以及

其中所述第一传感器座（112）和所述第一阀座（116）沿所述多个内部通路设置。

10.根据权利要求1所述的冷却子系统，其中，所述热交换器（102）包括第二工作流体入口（106）和第二工作流体出口（108）。

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