JP2011257128A - 表面冷却器およびその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の場所において異なる機能を果たすことができる２次表面のフィンを提供する。
【解決手段】表面冷却器１０は、オイルが通流するオイル層２０と、オイルと熱交換する分割プレート２５と、該分割プレート２５と熱交換するように空気流路へと延びるフィン２８とを備えている。フィン２８は、前方部分３０と、後方部分５０と、前方部分３０と後方部分５０との間に配置された中間部分４０とを備える。前方部分３０は、第１の厚さを有しており、傾斜した前方端部３１を有するように形成されている。中間部分４０は、例えば、反復形式で熱効率が良い形状や熱性能の高い形状を配置して形成されている。後方部分５０は、第１の厚さよりも薄く形成され得る第２の厚さを有しており、傾斜した後方端部５１を有するように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面冷却器に関する。

一般に、表面冷却器は、航空機エンジンのターボファンバイパスダクトの壁に取り付けられている。通常は、表面冷却器は、エンジンオイルを冷却するように用いられるが、他の流体を冷却するように用いることもできる。このオイルは、オイル層を通して移動し、オイル層の直ぐ上方に位置した２次表面のフィンが、バイパスダクトを通して通流する空気流へと突出している。空気流と２次表面フィンとの間の伝熱によって、２次表面フィンが接続された偏平な１次表面の分割プレートと、２次表面フィンとを通して、熱が高温のオイルから除去される。

一般に、２次表面フィンは、前方から後方にかけて同様の断面形状を有しているが、実際には、種々の場所において異なる機能を果たす必要がある。例えば、フィンの前方部分は、バイパスダクトを通して移動する異物（例えば、雹）からの衝撃に耐える必要があり、フィンの中間部分は、高い熱性能を提供する必要があり、フィンの後方部分は、流れを滑らかにし、表面冷却器によって形成される通り跡（ｗａｋｅ）を最小化する必要がある。

本発明の１つの特徴では、表面冷却器が、オイルが通流するオイル層と、オイルと熱交換する分割プレートと、分割プレートと熱交換するように空気流路へと延びるフィンとを備えている。フィンは、空気流路に沿う空気流の主方向に沿って連続的に画定された２つ以上の部分の各々において異なる構成で配置されている。

本発明の他の特徴では、表面冷却器が、オイルが通流するオイル層と、オイルと熱交換する分割プレートと、該分割プレートと熱交換するように空気流路へと延びるフィンと、第１の厚さを有し、実質的に直線の部分と、傾斜した前方端部とを備えてなるフィンの前方部分と、第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有し、実質的に直線の部分と、傾斜した後方端部とを備えてなるフィンの後方部分と、前方部分と後方部分との間に配置され、反復形式の高熱性能形状を有したフィンの中間部分とを備えている。

本発明の別の特徴では、オイルが通流するオイル層と、オイルと熱交換する分割プレートとを備えてなる表面冷却器を形成する方法が、第１の厚さを有した実質的に直線のフィン形状を備える前方部分の型と、第１の厚さよりも薄い第２の厚さ有した実質的に直線のフィン形状を備える後方部分の型と、反復形式の高熱性能形状を有した中間部分の型とを形成するステップと、第１の厚さを有した実質的に直線の前方部分のフィンと、第２の厚さを有した実質的に直線の後方部分のフィンと、反復形式の高熱性能形状を有した中間部分のフィンとを形成するように、分割プレート上に型の反射物である薄板を積み重ねて結合するステップと、傾斜した前方端部および傾斜した後方端部を形成するように前方部分のフィンおよび後方部分のフィンを機械加工するステップとを含む。

表面冷却器の断面を取った斜視図である。 図１の表面冷却器の断面を取った側面図である。

図１および図２において、２次表面フィン（以下、「フィン」と呼ぶ）の形状が、表面冷却器の種々の部分の各々における性能の目的を達成するために、表面冷却器の種々の部分において異なっている。図示したように、表面冷却器１０は、例えば、複数の通路を介して第１のプレナム２１から第２のプレナム２２へとオイルが通流するオイル層２０と、オイルと熱交換し、分割プレート２６と共にオイル層２０の第１の側面と第２の側面との境界をなす分割プレート２５とを備えている。

表面冷却器１０は、フィン２８をさらに備えている。フィン２８は、空気流路へと延びており、この空気流路は、一般に、該空気流路に沿って冷却空気が通流するようにオイル層２０の第１の側面に近接して画定されている。フィン２８は、該フィン２８と冷却空気２９との間の伝熱によって熱がオイルから除去されるように、分割プレート２５と接触するとともに熱交換する。フィン２８は、空気流路に沿う冷却空気２９の流れの主方向Ｄに沿って連続的に画定された２つ以上の部分の各々において異なる構成で配置されている。２つ以上の部分は、前方部分３０と、後方部分５０と、該前方部分３０と該後方部分５０との間に配置された中間部分４０とを備えることができる。

前方部分３０のフィン２８は、第１の厚さを有しており、傾斜した前方端部３１を有するように形成されている。これにより、前方部分３０のフィン２８は、冷却空気２９によって運ばれる粒子状物質の衝撃に耐えることができる。前方部分３０の後部３２において、フィン２８は、偏平上部面３３を有するように形成されている。

中間部分４０のフィン２８は、例えば、反復形式（ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）で熱効率が良い形状（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｈａｐｅ）や熱性能の高い形状を配置して形成され、上記形状としては、例えば、楕円４１形状、涙形状、翼形状や波形ヘリンボン（ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ）フィン形状が挙げられる。これにより、中間部分４０においては、フィン２８と冷却空気２９との間の伝熱特性が高くなっている。したがって、オイルが中間部分４０の付近を通過するときに、熱の大部分がオイルから除去される。

後方部分５０のフィン２８は、第１の厚さよりも薄く形成され得る第２の厚さを有しており、したがって、前方部分３０のフィン２８と比べて薄い。また、後方部分５０のフィン２８は、傾斜した後方端部５１を有するように形成されている。これにより、冷却空気２９の流れを比較的滑らかにすることができ、表面冷却器１０によって形成される通り跡を短縮することができる。後方部分５０の前部５２において、フィン２８は、偏平上部面３３と同様の偏平上部面５３を有するように形成されている。ここで、偏平上部面３３および偏平上部面５３の双方の高さは、分割プレート２５に対して中間部分４０のフィン２８の上部と同様の高さである。

さらに、フィン２８は、前方部分３０と中間部分４０との間に位置した第１の移行領域５５と、中間部分４０と後方部分５０との間に位置した第２の移行領域５６とを画定するように形成されている。ここで、例示的な構成では、フィン２８は、予め画定された形式（ｐａｔｔｅｒｎ）、例えば、十字形式、直列形式または同様の形式で形成される。

本発明の他の特徴では、表面冷却器１０を形成する方法が提供されている。上述したように、表面冷却器１０は、オイルが通流するオイル層２０と、オイルと熱交換する分割プレート２５とを備えている。この方法は、第１の厚さを有した実質的に直線のフィン形状を備える前方部分３０の型と、第２の厚さを有した実質的に直線のフィン形状を備える後方部分５０の型と、反復形式で楕円フィン形状を配置してなる中間部分４０の型とを形成するステップを含む。型の反射物である薄板６０，６１，６２，・・・，ｎは、分割プレート２５上に積み重ねられ、フィン２８を形成するように互いに結合される。ここで、フィン２８とは、第１の厚さを有し、前方部分３０が実質的に直線とされたフィン２８と、第２の厚さを有し、後方部分５０が実質的に直線とされたフィン２８と、中間部分４０が反復形式の楕円形状からなるフィン２８とである。このとき、前方部分３０および後方部分５０のフィン２８は、傾斜した前方端部３１および傾斜した後方端部５１を形成するように機械加工されるが、これらの傾斜は、他の方法、例えば、型自体により形成され得ることを理解されたい。

上記形成するステップは、第１の型および第２の型を形成することを含み、これにより、例えば、各型の反射物である薄板６０，６１，６２，・・・，ｎを、分割プレート２５上に交互に積み重ねることができる。薄板６０，６１，６２，・・・，ｎの結合は、ろう付け、拡散接合または他の同様のプロセスの少なくとも一つを含むことができる。

本発明の例示的な実施例について説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更がなされ得ることを理解されたい。

Claims (18)

1. オイルが通流するオイル層と、
   前記オイルと熱交換する分割プレートと、
   前記分割プレートと熱交換するように空気流路へと延び、該空気流路に沿う空気流の主方向に沿って連続的に画定された２つ以上の部分の各々において異なる構成で配置されたフィンと、
   を備えた表面冷却器。
2. 前記２つ以上の部分は、前方部分と、後方部分と、該前方部分と該後方部分との間に配置された中間部分とを備えることを特徴とする請求項１に記載の表面冷却器。
3. 前記前方部分のフィンは、傾斜した前方端部を備えることを特徴とする請求項２に記載の表面冷却器。
4. 前記前方部分の後部のフィンは、偏平上部面を備えることを特徴とする請求項３に記載の表面冷却器。
5. 前記中間部分のフィンは、反復形式で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面冷却器。
6. 前記中間部分のフィンは、熱効率が良い形状を備えることを特徴とする請求項２に記載の表面冷却器。
7. 前記中間部分のフィンは、熱性能が高い形状を備えることを特徴とする請求項２に記載の表面冷却器。
8. 前記後方部分のフィンは、傾斜した後方端部を備えることを特徴とする請求項２に記載の表面冷却器。
9. 前記後方部分の前部のフィンは、偏平上部面を備えることを特徴とする請求項８に記載の表面冷却器。
10. 前記前方部分のフィンは、前記後方部分のフィンよりも厚いことを特徴とする請求項２に記載の表面冷却器。
11. 前記前方部分および前記後方部分のフィンは、実質的に直線であることを特徴とする請求項２に記載の表面冷却器。
12. 前記フィンは、前記前方部分と前記中間部分との間に位置した第１の移行領域と、前記中間部分と前記後方部分との間に位置した第２の移行領域とを画定するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の表面冷却器。
13. 前記フィンは、前記第１の移行領域および前記第２の移行領域において予め画定された形式で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の表面冷却器。
14. オイルが通流するオイル層と、
    前記オイルと熱交換する分割プレートと、
    前記分割プレートと熱交換するように空気流路へと延びるフィンと、
    第１の厚さを有し、実質的に直線の部分と、傾斜した前方端部とを備えてなる前記フィンの前方部分と、
    前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有し、実質的に直線の部分と、傾斜した後方端部とを備えてなる前記フィンの後方部分と、
    前記前方部分と前記後方部分との間に配置され、反復形式の高熱性能形状を有した前記フィンの中間部分と、
    を備えた表面冷却器。
15. 前記前方部分のフィンは、前記前方端部の後方に偏平上部面を備え、前記後方部分のフィンは、前記後方端部の前方に偏平上部面を備えることを特徴とする請求項１４に記載の表面冷却器。
16. オイルが通流するオイル層と、該オイルと熱交換する分割プレートとを備えてなる表面冷却器を形成する方法であって、
    第１の厚さを有した実質的に直線のフィン形状を備える前方部分の型と、該第１の厚さよりも薄い第２の厚さ有した実質的に直線のフィン形状を備える後方部分の型と、反復形式の高熱性能形状を有した中間部分の型とを形成するステップと、
    前記第１の厚さを有した実質的に直線の前記前方部分のフィンと、前記第２の厚さを有した実質的に直線の前記後方部分のフィンと、反復形式の高熱性能形状を有した前記中間部分のフィンとを形成するように、前記分割プレート上に型の反射物である薄板を積み重ねて結合するステップと、
    傾斜した前方端部および傾斜した後方端部を形成するように前記前方部分のフィンおよび前記後方部分のフィンを機械加工するステップと、
    を含む方法。
17. 前記形成するステップは、第１の型および第２の型を形成することを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記結合するステップは、ろう付けおよび拡散接合の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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