JP2014034975A - ガスタービン熱交換器を運転するための方法および装置 - Google Patents

ガスタービン熱交換器を運転するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ガスタービンエンジンで使用するための熱交換器組立体を提供すること。
【解決手段】熱交換器組立体は、バイパス弁と、バイパス弁と流体連通する少なくとも１つの非凝固入口流路とを含む。非凝固入口流路は、流体の流れを入口からバイパス弁へと導くように構成されている。熱交換器組立体は、バイパス弁および非凝固入口流路と流体連通する複数の冷却流路をさらに含む。複数の冷却流路は、第１の運転モード中に、バイパス弁と出口との間で流体を通すように構成されている。また、熱交換器組立体は、バイパス弁および非凝固入口流路と流体連通する少なくとも１つの非凝固出口流路を含む。非凝固出口流路は、第２の運転モード中に、バイパス弁と出口との間で流体を通すように構成されている。
【選択図】図１

Description

本明細書で説明される出願は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンを運転するための方法および装置に関する。
ガスタービンエンジンは、一般に、入口部、ファン、低圧圧縮機、高圧圧縮機、燃焼器、および、少なくとも１つのタービンを備える。圧縮機は、燃焼器に導かれる空気を圧縮し、その燃焼器で、空気は燃料と混合される。次いで、混合物は、高温の燃焼ガスを生成するために点火される。燃焼ガスはタービンに導かれ、タービンは、圧縮機を駆動するために、また飛行中の航空機を推進する、または発電機など負荷を駆動するのに有用な仕事を生成するために、燃焼ガスからエネルギーを抽出する。
エンジンの運転中は、かなり大きな熱が生成され、エンジンシステムの温度を許容されないレベルまで上昇させる。潤滑システムが、ガスタービンエンジン内の部品の潤滑を容易にするために利用されている。潤滑システムは、潤滑流体を、ガスタービンエンジン内の様々な軸受組立体に導くように構成されている。運転中、熱は、エンジン内の軸受やシールなどの部品による摺動摩擦や回転摩擦によって発生した熱から、潤滑流体に伝わる。潤滑流体の作動温度を低下しやすくするために、少なくとも１つの公知のガスタービンエンジンは、従来、エンジンを通過するように導かれる空気流の中に配置された熱交換器を利用しており、その熱交換器に空気を通過させて、内部で循環する流体を冷却することができる。
しかし、エンジンが、運転していない、または、氷点下の温度にさらされる状況で運転しているときは、潤滑流体の冷却は必要とされず、潤滑流体が熱交換器内を流れないようにするために、バイパス弁を作動させる。高温の流体が熱交換器を通過しないため、熱交換器は温度が低下し、内部に残っている流体が、粘性が増加して凝固し始めてくる。さらに、バイパス弁が解除されて、潤滑流体の流れが熱交換器を通過できるようになったとき、流体が熱交換器を温めて流れるようになる前に、熱交換器が低温であるために流体の流れを凝固させてしまう。
したがって、エンジンが氷点下の温度にさらされるときに、流体の凝固を防止する熱交換器が必要とされている。
一態様では、ガスタービンエンジンで使用するための熱交換器組立体が提供される。熱交換器組立体は、バイパス弁と、バイパス弁と流体連通する少なくとも１つの非凝固入口流路とを含む。非凝固入口流路は、流体の流れを入口からバイパス弁へと導くように構成されている。熱交換器組立体は、バイパス弁および非凝固入口流路と流体連通する複数の冷却流路をさらに含む。複数の冷却流路は、第１の運転モード中に、バイパス弁と出口との間で流体を通し、熱交換器組立体内にある流体を冷却しやすくするように構成されている。また、熱交換器組立体は、バイパス弁および非凝固入口流路と流体連通する少なくとも１つの非凝固出口流路を含む。非凝固出口流路は、第２の運転モード中に、バイパス弁と出口との間で流体を通し、熱交換器組立体内にある流体を凝固させないように構成されている。
例示的なガスタービンエンジンの概略図である。 図１に示すガスタービンエンジンとともに利用することができる例示的な潤滑システムの概略図である。 図１に示すガスタービンエンジンとともに利用することができる例示的な弓形の熱交換器組立体の斜視図である。 図３に示す、線４−４における熱交換器組立体の断面斜視図である。 図３に示す熱交換器組立体を通る、第１の運転モードの概略図である。 図３に示す熱交換器組立体を通る、第２の運転モードの概略図である。 図１に示すガスタービンエンジンとともに利用することができる別の例示的な熱交換器組立体の断面斜視図である。 図１に示すガスタービンエンジンとともに利用することができる別の例示的な熱交換器組立体の断面斜視図である。 図１に示すガスタービンエンジンとともに利用することができる別の例示的な熱交換器組立体の断面斜視図である。 図１に示すガスタービンエンジンとともに利用することができる別の例示的な熱交換器組立体の断面斜視図である。
図１は、長手方向軸線１１を有する例示的なガスタービンエンジン組立体１０の概略図である。ガスタービンエンジン組立体１０は、ファン組立体１２とコアガスタービンエンジン１３とを含む。コアガスタービンエンジンは、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６と、高圧タービン１８とを備える。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン組立体１０は、低圧タービン２０も備える。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から径方向外向きに延びる一列のファンブレード２４を備える。エンジン１０は、吸入側２８と排出側３０とを有する。また、ガスタービンエンジン組立体１０は、例えば、ファン組立体１２、圧縮機１４、高圧タービン１８、および低圧タービン２０を回転方向および軸線方向で支持するために用いられる複数の軸受組立体（図１には示されていない）を備える。
運転中、空気は、ファン組立体１２を通過し、空気流の第１の部分５０は圧縮機１４を通るように導かれ、圧縮機１４では、空気流はさらに圧縮されて燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの燃焼の高温生成物（図１には示されていない）は、タービン１８および２０を駆動することでエンジン推力を生成するために利用される。また、ガスタービンエンジン組立体１０は、ファン組立体１２から排出された空気流の第２の部分５２を、コアガスタービンエンジン１３の周囲にバイパスするように利用されるバイパスダクト４０を含む。より具体的には、バイパスダクト４０は、ファン筺体またはシュラウド４２の内側壁２０１とスプリッタ４４の外壁２０３との間で延びている。
図２は、ガスタービンエンジン組立体１０（図１に図示）とともに利用することができる例示的な潤滑流体供給回収システム１００の簡略化した概略図である。例示的な実施形態では、システム１００は、流体供給源１２０と、流体を軸受１０４、１０６、１０８および変速機６０へと流体を循環させ、高温の流体をより低い温度に冷却する熱交換器組立体１３０を経由して、高温の流体を流体供給源へと戻す１つまたは複数のポンプ１１０および１１２とを含む。例示的な実施形態では、熱交換器組立体１３０は、入口ポート１３２と、出口ポート１３４と、圧力制御または電気作動のいずれかが行われ得るバイパス弁１３６とを含むことができる。バイパス弁１３６は、第１の運転モードまたは第２の運転モードのいずれかにより、潤滑流体の流れを、熱交換器組立体を通過させるように用いられる。
例示的な実施形態では、熱交換器組立体１３０は、シュラウド４２内に配置された空気冷却式の熱交換器である。熱交換器組立体１３０は、エンジンにおける、または、エンジン以外における様々な用途で利用することができる。より具体的には、熱交換器組立体１３０は、潤滑流体が冷却を必要とする場合は第１の運転モード（図５参照）で運転し、潤滑流体が冷却を必要としない場合は第２の運転モード（図６参照）で運転する。
熱交換器組立体１３０は、エンジン軸受への油を冷却するように本明細書では説明されているが、代わりに、または同時に、他の流体を冷却してもよい。例えば、熱交換器組立体１３０は、エンジンで使用される発電機またはアクチュエータから熱を取り除くために用いられる流体を冷却してもよい。また、熱交換器組立体１３０は、エンジン制御機器などの電子装置から熱を取り除く流体を冷却するのに用いられてもよい。ガスタービンエンジン組立体によって利用される様々な流体の冷却に加えて、熱交換器組立体１３０、および本明細書で説明される方法は、熱交換器組立体１３０が、機体に取り付けられた、エンジンの一部ではない装置も冷却できることを例示することは理解されるべきである。他の用途では、熱交換器組立体１３０は、例えば、航空機の外表面上といった、ガスタービンエンジンから離れて取り付けられてもよい。また、流体の冷却が必要とされないとき、熱交換器組立体１３０を使用し、バイパス弁１３６が作動された後に、熱交換器組立体１３０に残っている潤滑流体を融解してもよい。したがって、熱交換器組立体１３０は、流体の流れを通すためにバイパス弁１３６が再作動されるとき流体が凝固していないほど、十分に暖かい温度のままである。
図１に示す例示的な実施形態では、熱交換器組立体１３０は、ファン組立体１２の上流側において、ファンシュラウド４２の内側壁２０１に結合されており、その結果、吸入側２８に導かれた空気は、まず、ファン組立体１２に供給される前に、熱交換器組立体１３０を通過するように導かれ、熱交換器組立体１３０を通るように導かれた流体の作動温度が低下しやすくなる。また、熱交換器組立体１３０は、外側ガイドベーン２５とファン支柱１５０との間で内側壁２０１に結合されてもよい。このようにして、熱交換器組立体１３０を、バイパスダクト４０の軸線方向に沿ういずれかの位置で、ファン筺体４２の内側またはスプリッタ４４の外側に配置することができる。例示的な実施形態では、熱交換器組立体１３０が、エンジン排出側３０より低温のエンジン吸入側２８のより近くに配置されている場合に、効率が高まる。
図３は、熱交換器組立体１３０の斜視図であり、図４は、図３に示す線４−４における熱交換器組立体１３０の断面斜視図である。例示的な実施形態では、組み立ての間、熱交換器組立体１３０は、シュラウド４２の少なくとも一部の周方向および軸線方向形状と実質的に同様の周方向および軸線方向形状を有するように曲げられる。より具体的には、図１に示されるように、熱交換器組立体１３０は、それが取り付けられる位置において、ファンシュラウド４２の内側面２０１の周方向および軸線方向形状に一致する、周方向および軸線方向形状を有するように曲げられる。このようにして、熱交換器組立体１３０は、エンジン１０内の交互となる位置で、ファンシュラウド４２の内側面２０１に隣接して配置することができるように、実質的に弓形の形状となる。また、熱交換器組立体１３０は、スプリッタ４４の外側面の周方向および軸線方向形状と実質的に同様の周方向および軸線方向形状を備えるように曲げられてもよい。
図３に示すように、熱交換器組立体１３０は、周囲の実質的にすべて（約３２０°）を端から端まで覆うように取り付けられた複数の分割部２０４によって形成されている。あるいは、熱交換器組立体１３０は、同じ周方向の長さを覆う単一の分割部２０４によって形成されてもよい。
再び図３および図４を参照すると、熱交換器組立体１３０の各分割部２０４は、第１の端部２１０と、反対にある第２の端部２１２とを備える押出成形部２０２を含む。また、押出成形部２０２は、径方向内側面２２０、径方向外側面２２２、上流側壁２２６、および反対にある下流側壁２２４を含む。また、押出成形部２０２は、径方向内側面２２０から径方向内向きに延びる複数の冷却フィン２３０を含んでもよい。任意で、熱交換器組立体１３０がファンシュラウド４２の外側面２０５に隣接して配置される場合には、冷却フィン１３０は、図３および図４に示すように径方向内向きに延びてもよいし、もしくは、径方向外向きに延びてもよいし、または、押出成形部２０２から径方向内向きおよび径方向外向きの両方に延びるフィンを含んでもよい。また、熱交換器組立体１３０がスプリッタ４４の外側面２０３に隣接して配置される場合には、冷却フィン１３０は、図３および図４に示すように径方向内向きに延びてもよいし、もしくは、径方向外向きに延びてもよいし、または、押出成形部２０２から径方向内向きおよび径方向外向きの両方に延びるフィンを含んでもよい。
押出成形部２０２は、その内部を通って長手方向に延び、それを通って冷却される流体を受け入れるように選択的に大きさが決められている少なくとも１つの冷却流路２３２も含む。例示的な実施形態では、押出成形部２０２は、それを通って延びる複数の冷却流路２３２を含む。任意で、押出成形部２０２は、所望の冷却低下に基づいて、１０より多いまたは少ない数の開口２３２を含んでもよい。例示的な実施形態では、開口２３２は、実質的に長方形の断面形状を有している。あるいは、冷却流路２３２は、例えば、円形などの、長方形でない断面形状を有している。さらに、これらの開口は、すべてが同じ流体を流すことができる平行な流路であり、または、複数のグループに分け、各グループが、異なる冷却に使用される異なる冷却流体を流してもよい。例えば、あるグループは、軸受用の潤滑流体を流すことができ、別のグループは、エンジンにある電子装置用の別の冷却流体を流してもよい。
例示的な実施形態では、押出成形部２０２は、また、非凝固入口流路２４８と非凝固出口流路２５０とを含む。流路２４８および２５０は、熱交換器組立体１３０の各分割部２０４の内部を通って長手方向に延びており、それを通る流体を受け入れるように選択的に大きさが決められている。代替実施形態では、押出成形部２０２は、図８〜図１０に示すように、２つ以上の非凝固入口流路２４８と、２つ以上の非凝固出口流路２５０とを含んでもよい。例示的な実施形態では、流路２４８および２５０は、実質的に角丸長方形の断面形状を有する。あるいは、流路２４８および２５０は、図８および図９に示すように、例えば円形など、長方形でない断面形状を有する。さらに、流路２４８および２５０は、すべてが同じ流体を流すことができる平行な流路であり、または、複数のグループに分け、各グループが、異なる冷却目的に使用される異なる冷却流体を流してもよい。例えば、あるグループは、軸受用の潤滑流体を流すことができ、別のグループは、エンジンにある電子装置用の別の冷却流体を流してもよい。
例示的な実施形態では、冷却フィン２３０は、上流側壁２２６と下流側壁２２４との間で押出成形部２０２の幅に沿って延び、熱交換器組立体１３０の周りで間隔を置いて配置されている。タービンエンジン１０に設置されるため、フィン２３０は、中心軸線１１に沿って、空気流の方向と平行となって、軸線方向に延びており、ガスタービンエンジン１０の内側面または外側面の周りで径方向に配置されている。例示的な実施形態では、冷却フィン２３０は、各冷却フィン２３０が開口２３２と実質的に垂直になるように、かつ、流路２３２を通るように導かれる流体の方向が、冷却フィン２３０を通るように導かれる空気流の方向とほぼ垂直になるように、押出成形部２０２に結合されている。より具体的には、冷却フィン２３０は、ファン吸入部２８の内部または周囲に導かれる空気流が、まず、隣接する冷却フィン２３０の間で画定された複数の開口または流路２３６を通って導かれるように、中心軸線１１と実質的に平行に並べられている。
一実施形態では、押出成形部２０２は、押出工法を利用して形成される。次いで、例えば、一体型フィン形成工法が、冷却フィン２３０を形成するために行われる。任意で、冷却フィン２３０は、例えば、溶接処理またはロウ付け処理を用いて、押出成形部２０２に取り付けられてもよい。例示的な実施形態では、押出成形部２０２および冷却フィン２３０は、アルミニウムなどの金属材料から作られている。
押出成形部２０２を通るように流体を導きやすくするために、熱交換器組立体１３０は、１つまたは複数の入口接続部２４０、１つまたは複数の出口接続部２４２、およびバイパス弁１３６も含む。例示的な実施形態では、接続部２４０および２４２は、それぞれ、分割部２０４の第１の端部２１０または第２の端部２１２のいずれかに、マニホールド２０５を介して結合されており、バイパス弁１３６は、反対の端部２１０または２１２で分割部２０４に連結されている。あるいは、バイパス弁１３６は、接続部２４０および２４２と同じ端部である、端部２１０または２１２のいずれかに結合されてもよい。バイパス弁１３６は、分割部２０４に全く結合されていなくてもよく、分割部２０４と流体連通したままで離されてもよい。例示的な実施形態では、ポート１３２および１３４を、所望の運転条件の間に、潤滑流体をシステム１００から熱交換器組立体１３０を通って導くように作動させることができるように、少なくとも１つの入口接続部２４０はポート１３２（図２に図示）に結合されてもよく、少なくとも１つの出口接続部２４２はポート１３４（図２に図示）に結合されてもよい。バイパス弁１３６は、潤滑流体を、第１の運転モード中に冷却流路２３２を通して導くか、または、第２の運転モード中に非凝固出口流路２５０を通して導くように構成されており、以下でより詳細に説明する。
あるいは、熱交換器組立体１３０は、複数の流体回路を有するように構成することができ、各回路は、入口接続部および出口接続部を備えている。これらの回路は、それぞれ、個別の明確な目的を有し、異なる装置を冷却するために使用される非混合流体を流すことができる。
熱交換器組立体１３０をガスタービンエンジン組立体１０に固定しやすくするために、押出成形部２０２は、上流側壁２２６に結合される第１のタブ２９０と、下流側壁２２４に結合される第２のタブ２９２とを含む。例示的な実施形態では、タブ２９０および２９２は、それぞれ、押出成形部２０２と同じ金属材料から作られており、押出工法を利用して押出成形部２０２と一体に形成される。あるいは、タブ２９０および２９２は、例えば、溶接処理またはロウ付け処理を用いて押出成形部２０２に取り付けられる別の部品として形成される。
例示的な実施形態では、熱交換器組立体１３０は、ファンシュラウド４２の内側壁２０１が熱交換器組立体１３０の受け入れる凹部（図示せず）を含むように、ガスタービンエンジン組立体１０内に配置されている。熱交換器組立体１３０は、内側壁２０１の内側面がフィン２３０の基部において押出成形部２０２の径方向内側面２２０と面一となるように、シュラウド４２に結合されており、熱交換器組立体１３０による圧力損失を低減または排除しやすくしている。より具体的には、熱交換器組立体１３０は、冷却フィン２３０だけがファンダクト４０に延びるように、ガスタービンエンジン組立体１０内に結合されている。このようにして、ファンシュラウド４２の内側壁２０１は、冷却空気流が冷却フィン２３０だけを通って導かれるように、押出成形部２０２を実質的に覆うために利用されている。
熱交換器組立体１３０は、ファン筺体内側面２０１またはファン筺体外側面２０３の形状に実質的に一致する形状を有するように、あらかじめ曲げられるか、または成形される。そして、熱交換器組立体１３０は、前述のように、内側壁２０１の内側面が、フィン２３０の基部において、押出成形部２０２の径方向内側面２２０と面一となるように、ガスタービンエンジン組立体１０に結合されている。
図５は、図３に示す熱交換器組立体１３０を通る、実線で示した、第１の運転モードの概略図である。第１の運転モードは、熱交換器組立体１３０の通常の運転モードであり、その運転モードでは、高温の循環流体は、エンジンの様々な部品から熱を奪い、熱交換器組立体１３０内を通る冷却を必要とする。第１の運転モード中、高温の循環流体は、ガスタービンエンジン１０から、入口接続部２４０を通って、熱交換器組立体１３０の各分割部２０４に導かれる。次いで、高温の流体は、非凝固入口流路２４８を通って分割部２０４の長さだけ流れ、また、バイパス弁１３６によって、冷却流路２３２を経由して分割部２０４の中を戻り、出口接続部２４２を通って熱交換器組立体１３０から流れ出ていくように向けて送られる。第１の運転モード中、高温の潤滑流体は、冷却流路２３２の中を流れるにつれてダクト４０内のフィン２３０を通る空気流によって冷却され、実質的により低い温度で液貯め１２０（図２に図示）に排出される。具体的には、潤滑流体は、ガスタービンエンジン１０内または周囲で、実質的に周方向に向くように導かれる。同時に、ファン吸入部２８の内部または周囲に供給された冷却空気流は、冷却フィン２３０を通るように導かれて、熱交換器組立体１３０の中を通るように導かれた潤滑流体の作動温度が低下しやすくなる。
例えば、第１の運転モード中、高温の潤滑流体は、開口２３２を通るように導かれ、そこで、高温の流体は、その熱を、伝熱面、つまり、熱交換器組立体１３０の押出成形部２０２に、ひいては冷却フィン２３０に伝達する。入口部２８を介して供給される比較的冷たい空気は、冷却フィン２３０と交差して、および／または、冷却フィン２３０を通って導かれ、そこで、熱が、冷却フィン２３０から、ダクト４０を通るように導かれた空気流に伝達される。
図６は、図３に示す熱交換器を通る、（実線で示した）第２の運転モードの概略図である。第２の運転モードは、潤滑流体が粘度が高くなり過ぎて、冷却流路２３２内を容易に流れることができないような低温の中にエンジン１０があるときに用いられる、非凝固モードである。潤滑流体が、約華氏１００度の温度に達したときは、第１の運転モード（図６で点線で示される）のように、冷却流路２３２を通す冷却を必要とするほど高温ではなく、冷却流路２３２に残っている流体は、凝固し始める可能性がある。熱交換器組立体１３０は、流体が冷却を必要とするほど高温でないときは、熱交換器組立体１３０の各分割部２０４にある流体を凝固させないように、十分に暖かくなっていなければならない。第２の運転モード中、潤滑流体は、冷却を必要とするほど高温でないが、エンジン１０で用いるため、いくらかの熱をなお保持している。第２の運転モード中、循環流体は、ガスタービンエンジン１０から、入口接続部２４０を通って、熱交換器組立体１３０の各分割部２０４に導かれる。次いで、流体は、非凝固入口流路２４８を通って分割部２０４の長さだけ流れ、バイパス弁１３６は、流れを、第１の運転モードのように冷却流路２３２を通す代わりに、冷却流路２３２をバイパスし、非凝固出口流路２５０を経由して分割部２０４の中を戻るように向かわせる。そして、流体は、熱交換器組立体１３０から、出口接続部２４２を介して、液貯め１２０に排出される。あるいは、流体を利用可能な最大断面積で流して、熱交換器組立体１３０における圧力損失を低減するために、第２の運転モードは、潤滑流体の流れを、非凝固流路２５０および冷却流路２３２を経由して分割部２０４の中を戻るように向かわせることを含んでいてもよい。
第２の運転モード、つまり非凝固モード中、熱交換器組立体１３０の各分割部２０４の全体の長さを、非凝固流路２４８および２５０を通って流れる流体は、熱を各分割部２０４の押出成形部２０２に伝達し、熱交換器組立体１３０は、伝熱によって加熱され、熱交換器組立体１３０を、熱交換器組立体１３０内の流体を凝固させることのない十分な温度で保持する。押出成形部２０２を加熱することで、冷却流路２３２内のいずれの流体も凝固することはなく、流体は冷却流路２３２を通って容易に流れる。１つの流路２３２にある流体が凝固しない場合は、残りの流路２３２がその後すぐには凝固しないような十分な熱が伝達される。さらに、暖かい潤滑流体を含む流路２４８および２５０が流路２３２に隣接していることで、熱がさらに伝達するため、凝固させないように分割部２０４を加熱するのに必要な時間が短くなる。そのため、押出成形部２０２の単一の壁によって各流路２３２が流路２４８および２５０の少なくとも１つから隔てられるように、流路２４８および２５０を流路２３２の近くに配置することは有益である。
熱交換器組立体１３０が、第２の運転モード中に流路２４８および２５０によって加熱されなかった場合、第１の運転モード中に冷却流路２３２を通る流体の流れは、低温の熱交換器組立体の中にある凝固した流体によって妨げられる可能性がある。また、流体を凝固させないように熱交換器組立体を温めるのに必要な時間は、第２の運転モード中に暖かい流体が常に流れる熱交換器組立体１３０の温度よりも最初は低い温度であるため、より長くなる。
図７〜図１０は、図１に示すガスタービンエンジンとともに利用することができる他の例示的な熱交換器の断面斜視図である。
上記の熱交換器は、第１の運転モード中に、熱交換器を通るように導かれた任意の流体の温度を低くする上で、および、第２の運転モード中に、凝固させることのない十分な温度に熱交換器を保持する上で、費用効果があるとともに非常に信頼できる。より具体的には、各熱交換器組立体は、それを通って延びる、複数の冷却流路、少なくとも１つの非凝固入口流路、および少なくとも１つの非凝固出口流路を有する押出成形材を含む。また、各熱交換器は、熱交換器の径方向内側面に結合されるとともに、熱交換器の径方向外側面にも結合され得る複数の冷却フィンも含む。例示的な実施形態では、熱交換器は、空気流経路と交差する押出成形されたアルミニウム材料であって、熱交換器組立体に起因する可能性のあるバイパスダクト内での圧力損失を最小にするのを容易にするために断面形状が比較的小さいアルミニウム材料を用いて、作ることができる。
熱交換器組立体の例示的な実施形態は、上記で詳細に説明されている。熱交換器組立体は、本明細書で説明された具体的な実施形態に限定されることはなく、むしろ、各システムの部品は、本明細書で説明された他の部品から独立して、および、分離して利用されてもよい。例えば、各熱交換器組立体は、様々なガスタービンエンジンで利用されてもよく、ガスタービンエンジン内の様々な位置に配置されてもよい。また、本明細書で説明された熱交換器組立体は、望ましい場合には、バイパスダクト内のスプリッタの径方向外壁、またはファンシュラウドの外表面に結合されてもよい。実用上、熱交換器組立体は、冷却を実現する空気流があるいずれの場所にも取り付けることができる。
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴は、一部の図面には示され、他の図面には示されていないことがあるが、これは単に便宜的なものである。本発明の本質に従って、図面のいずれの特徴も、他のいずれの図面のいずれの特徴と組み合わされて、参照および／または特許請求されてもよい。
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、また、任意の装置またはシステムを製作および使用すること、および、組み入れられた任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施できるように、例を用いている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思いつく他の例を含む可能性がある。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構成要素を備える場合、または、特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない等価の構成要素を備える場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
１０ ガスタービンエンジン組立体
１１ 中心軸線
１２ ファン組立体
１３ コアガスタービンエンジン
１４ 高圧圧縮機
１６ 燃焼器
１８ 高圧タービン
２０ 低圧タービン
２４ ファンブレード
２５ 外側ガイドベーン
２６ ロータディスク
２８ エンジン吸入側
３０ エンジン排出側
４０ バイパスダクト
４２ ファン筐体
４４ スプリッタ
５０ 第１の部分
５２ 第２の部分
６０ 変速機
１００ 潤滑流体供給回収システム
１０４ 軸受
１０６ 軸受
１０８ 軸受
１１０ ポンプ
１１２ ポンプ
１２０ 液貯め
１３０ 熱交換器組立体
１３２ 入口ポート
１３４ 出口ポート
１３６ バイパス弁
１５０ ファン支柱
２０１ 内側面
２０２ 押出形成部
２０３ 外側面
２０４ 分割部
２１０ 第１の端部
２１２ 第２の端部
２２０ 径方向内側面
２２２ 径方向外側面
２２４ 下流側壁
２２６ 上流側壁
２３０ 冷却フィン
２３２ 冷却流路
２４０ 入口接続部
２４２ 出口接続部
２４８ 非凝固入口流路
２５０ 非凝固出口流路
２９０ 第１のタブ
２９２ 第２のタブ

Claims (20)

  1. 回転軸を有するコアガスタービンエンジンと、前記コアガスタービンエンジンを取り囲むスプリッタと、前記コアガスタービンエンジンの上流に配置されるファン組立体と、前記ファン組立体を実質的に取り囲むファン筐体と、前記ファン筐体と前記スプリッタとの間に画定されるバイパスダクトと、を含むガスタービンエンジンで使用するための熱交換器組立体であって、前記熱交換器組立体が、
    バイパス弁と、
    少なくとも１つの本体部分であって、
    前記バイパス弁と流体連通する少なくとも１つの非凝固入口流路と、
    前記バイパス弁および前記少なくとも１つの非凝固入口流路と流体連通する複数の冷却流路であって、前記バイパス弁が、第１の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固入口流路と前記複数の冷却流路との間に流体を送って前記流体の温度を低下させるのを促進するように構成される、複数の冷却流路と、
    前記バイパス弁および前記少なくとも１つの非凝固入口流路と流体連通する少なくとも１つの非凝固出口流路であって、前記バイパス弁が、第２の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固入口流路と前記少なくとも１つの非凝固出口流路との間に前記流体を送るように構成される、少なくとも１つの非凝固出口流路と
    を含む少なくとも１つの本体部分と
    を含む、熱交換器組立体。
  2. 前記熱交換器組立体が前記ファン筐体の径方向内側表面に結合され、その結果、前記熱交換器組立体が前記ファン組立体の上流に配置される、請求項１記載の熱交換器組立体。
  3. 前記熱交換器組立体が前記スプリッタの径方向外側表面に結合され、その結果、前記熱交換器組立体が前記バイパスダクト内に配置される、請求項１記載の熱交換器組立体。
  4. 前記本体部分の少なくとも１つの外側表面から径方向に延在する複数の冷却フィンをさらに含み、前記複数の冷却流路が、前記第１の運転モード中に前記複数の冷却流路を通って流れる前記流体の温度を低下させるのを促進するために空気流れを受け取るように構成される、請求項１記載の熱交換器組立体。
  5. 前記複数の冷却流路が前記少なくとも１つの非凝固入口流路および前記少なくとも１つの非凝固出口流路の径方向外側に配置され、前記複数の冷却流路が前記複数の冷却フィンの径方向内側に配置される、請求項４記載の熱交換器組立体。
  6. 前記複数の冷却フィンが前記本体部分と一体に形成される、請求項４記載の熱交換器組立体。
  7. 前記熱交換器組立体の第１の端部のところで前記少なくとも１つの非凝固入口流路と流体連通する入口と、
    前記熱交換器組立体の前記第１の端部のところで前記少なくとも１つの非凝固出口流路と流体連通する出口であって、前記バイパス弁が、前記熱交換器組立体の反対側の第２の端部のところに配置される、出口と
    をさらに含む、請求項１記載の熱交換器組立体。
  8. 前記バイパス弁が、前記流体が所定の温度に達するときに前記少なくとも１つの非凝固出口流路まで前記流体を送るように構成される、請求項１記載の熱交換器組立体。
  9. 前記バイパス弁が、前記第２の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固出口流路および前記複数の冷却流路まで前記流体を送るように構成される、請求項１記載の熱交換器組立体。
  10. 前記少なくとも１つの非凝固出口流路が前記複数の冷却流路に隣接し、その結果、前記第２の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固出口流路を通る流体流れが前記複数の冷却流路内の一定量の流体を凝固させないようにする、請求項１記載の熱交換器組立体。
  11. 回転軸を含むガスタービンエンジンを組み立てるための方法であって、前記方法が、
    前記ガスタービンエンジンを実質的に取り囲むファン筐体を提供するステップと、
    熱交換器組立体を提供するステップであって、前記熱交換器組立体が、
    バイパス弁と、
    少なくとも１つの本体部分であって、
    前記バイパス弁と流体連通する少なくとも１つの非凝固入口流路と、
    前記バイパス弁および前記少なくとも１つの非凝固入口流路と流体連通する複数の冷却流路であって、前記バイパス弁が、第１の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固入口流路と前記複数の冷却流路との間に流体を送って前記流体の温度を低下させるのを促進するように構成される、複数の冷却流路と、
    前記バイパス弁および前記少なくとも１つの非凝固入口流路と流体連通する少なくとも１つの非凝固出口流路であって、前記バイパス弁が、第２の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固入口流路と前記少なくとも１つの非凝固出口流路との間に前記流体を送るように構成される、少なくとも１つの非凝固出口流路と
    を含む少なくとも１つの本体部分と
    を含む、ステップと、
    前記熱交換器組立体を前記ファン筐体に結合させるステップと
    を含む、方法。
  12. 複数の冷却フィンを前記本体部分の径方向外側表面に結合するステップをさらに含み、その結果、前記複数の冷却フィンが、前記第１の運転モード中に前記複数の冷却流路を通って流れる前記流体の温度を低下させるのを促進するための空気流れを受け取るように構成される、請求項１１記載の方法。
  13. 前記熱交換器組立体を前記ファン筐体に結合させるステップが、前記熱交換器組立体を前記ファン筐体内の凹部内に結合させるステップをさらに含み、それによって、前記少なくとも１つの径方向外側表面が前記ファン筐体の径方向内側表面と面一となり、その結果、前記複数の冷却フィンのみが前記空気流れに露出される、請求項１２記載の方法。
  14. 前記複数の冷却流路を前記少なくとも１つの非凝固入口流路および前記少なくとも１つの非凝固出口流路の径方向外側に配置するステップと、
    前記複数の冷却流路を前記複数の冷却フィンの径方向内側に配置するステップと
    をさらに含む、請求項１３記載の方法。
  15. ガスタービンエンジン組立体であって、
    回転軸を有するコアガスタービンエンジンと、
    前記コアガスタービンエンジンを実質的に取り囲むファン筐体と、
    前記ファン筐体内に配置される熱交換器組立体であって、前記熱交換器組立体が、
    バイパス弁と、
    少なくとも１つの本体部分であって、
    前記バイパス弁と流体連通する少なくとも１つの非凝固入口流路と、
    前記バイパス弁および前記少なくとも１つの非凝固入口流路と流体連通する複数の冷却流路であって、前記バイパス弁が、第１の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固入口流路と前記複数の冷却流路との間に流体を送って前記流体の温度を低下させるのを促進するように構成される、複数の冷却流路と、
    前記バイパス弁および前記少なくとも１つの非凝固入口流路と流体連通する少なくとも１つの非凝固出口流路であって、前記バイパス弁が、第２の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固入口流路と前記少なくとも１つの非凝固出口流路との間に前記流体を送るように構成される、少なくとも１つの非凝固出口流路と
    を含む少なくとも１つの本体部分と
    を含む、熱交換器組立体と
    を含む、ガスタービンエンジン組立体。
  16. 前記本体部分の少なくとも１つの径方向外側表面から径方向に延在する複数の冷却フィンをさらに含み、前記複数の冷却流路が、前記第１の運転モード中に前記複数の冷却流路を通って流れる前記流体の温度を低下させるのを促進するために空気流れを受け取るように構成される、請求項１５記載のガスタービンエンジン組立体。
  17. 前記熱交換器組立体が前記ファン筐体内の凹部内に結合され、それによって、前記少なくとも１つの径方向外側表面が前記ファン筐体の径方向内側表面と面一となり、その結果、前記複数の冷却フィンのみが前記空気流れに露出される、請求項１６記載のガスタービンエンジン組立体。
  18. 前記複数の冷却流路が前記少なくとも１つの非凝固入口流路および前記少なくとも１つの非凝固出口流路の径方向外側に配置されかつ前記複数の冷却フィンの径方向内側に配置される、請求項１６記載のガスタービンエンジン組立体。
  19. 前記バイパス弁が、前記流体が所定の温度に達するときに前記少なくとも１つの非凝固出口流路まで前記流体を送るように構成される、請求項１５記載のガスタービンエンジン組立体。
  20. 前記少なくとも１つの非凝固出口流路が前記複数の冷却流路に隣接し、その結果、前記第２の運転モード中に前記少なくとも１つの非凝固出口流路を通る流体流れが前記複数の冷却流路内の一定量の流体を凝固させないようにする、請求項１５記載のガスタービンエンジン組立体。
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