JP2019095186A - 輪郭付けされた壁熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】輪郭壁を有するモノリシックに形成された熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器および熱交換器コア（２０８）が提供される。熱交換器コア（２０８）は、熱交換器コア（２０８）の入口プレナムと熱交換器コア（２０８）の出口プレナムとの間に延在する複数の円柱状通路（３０６）を含み、円柱状通路（３０６）は、単一の製造プロセスでモノリシックに形成される。【選択図】図１

Description

本開示の分野は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、輪郭壁を有するモノリシックに形成された熱交換器に関する。
少なくともいくつかの公知の熱交換装置は、別個の平行プレートと、オリフィスプレートなどの複数の部品を使用して、組み立てられた構造体からの供給および抽出を可能にする。別個のプレートは、溶接、ろう付けによって、またはボルト付きおよびシールされたフランジを組み込むことによってシールする必要がある。このように別個に組み立てられた構造体は、作動流体と冷却流体の混合、または流体の一方または両方の損失をもたらす漏れの危険性を含む。熱交換器の別個の構成要素を誤って組み立てると、漏れの問題が発生するおそれがある。熱交換器の流路の完全性を定期的に確認するため、さらなるメンテナンスが行われる。さらに、限定するものではないが、シールなどの経時的に摩耗する熱交換器の構成要素には、さらに予備部品の在庫が必要となることがある。熱交換器パッケージングは、製造上の懸案事項に起因して熱交換器の構成要素の構成が限られているため、通常、異なる用途に合わせて容易に調整することができない。さらに、入口プレナム内の流れを分割し、出口プレナム内の流れを合流させることに関係する複雑な形状のために、向流式熱交換器のコア内で作動流体および冷却流体をそれぞれの熱交換器の流路に導くことは困難である。
米国特許出願公開第２０１６／０１７８２８７号明細書
一実施形態では、熱交換器コアは、熱交換器コアの入口プレナムと熱交換器コアの出口プレナムとの間に延在する複数の円柱状通路を含み、円柱状通路は単一の製造工程でモノリシックに形成されている。
任意選択的に、複数の円柱状通路は各々、フローギャップによって分離された一対の隣接する側壁を含む。また、任意選択的に、一対の隣接する側壁の少なくとも一方の側壁は、フローギャップ内に延在する複数の表面特徴部を含む。複数の円柱状通路は、並列に流体連通して結合された第１の通路の第１の組と、並列に流体連通して結合された第２の通路の第２の組と、を含むことができ、第２の通路の第２の組は、第１の通路の第１の組との流体連通から隔離されている。第３の通路の第３の組は、並列に流体連通して結合されてもよく、第３の通路の第３の組は、第１の通路の第１の組および第２の通路の第２の組との流体連通から隔離されてもよい。任意選択的に、第１の通路の第１の組および第２の通路の第２の組の少なくとも一方は、第１の通路の第１の組および第２の通路の第２の組の少なくとも一方の残りのコア流路とは異なるサイズの個々のコア流路を含む。第１の通路の第１の組および第２の通路の第２の組は、熱交換器コアの入口プレナムと熱交換器コアの出口プレナムとの間で第１の通路の第１の組および第２の通路の第２の組の長さに沿って互いに熱伝導連通して結合されてもよい。任意選択的に、複数の円柱状通路は、複数の非平面側壁を含む。また、任意選択的に、複数の円柱状通路は、複数のフローガイド、複数のディンプル、複数のバンプ、および複数のスパイクのうちの少なくとも１つを含む。熱交換器コアは、第１の熱交換器マニホールドおよび第２の熱交換器マニホールドをさらに含むことができ、移行部材が、第１の熱交換器マニホールドおよび第２の熱交換器マニホールドの少なくとも一方の各端部に形成され、移行部材は、第１の熱交換器マニホールドおよび第２の熱交換器マニホールドの少なくとも一方からの流体の流れを、複数の円柱状通路のそれぞれの通路に導くように構成された複数のガイドベーンを含むことができる。
別の実施形態では、熱交換器は、第１の熱交換器マニホールドと、第２の熱交換器マニホールドと、第１の熱交換器マニホールドと第２の熱交換器マニホールドとの間の蛇行経路に沿って延在する複数の作動流体通路と、複数の作動流体通路と熱伝導接触して蛇行経路に沿って延在する複数の冷却流体通路と、を含む熱交換器本体を含む。第１の熱交換器マニホールド、第２の熱交換器マニホールド、複数の作動流体通路、および複数の冷却流体通路は、焼結材料でモノリシックに形成されている。
任意選択的に、蛇行経路は、単純弓形経路、複雑弓形経路、ジグザグ経路、起伏状経路、直線経路、線形経路、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。また、任意選択的に、第１の熱交換器マニホールドは、作動流体入口ヘッダおよび冷却流体出口ヘッダを含み、第２の熱交換器マニホールドは、作動流体出口ヘッダおよび冷却流体入口ヘッダを含むことができる。また、任意選択的に、第１の熱交換器マニホールドは、作動流体入口ヘッダおよび作動流体出口ヘッダを含み、第２の熱交換器マニホールドは、冷却流体出口ヘッダおよび冷却流体入口ヘッダを含む。任意選択的に、第１のヘッダ部材が熱交換器本体とモノリシックに形成され、第１のヘッダ部材は、第１の開口部と、第２の開口部と、第１の開口部と第２の開口部との間に延在する作動流体プレナムと、を含み、第１のヘッダ部材は、第３の開口部と、第４の開口部と、第３の開口部と第４の開口部との間に延在する冷却流体プレナムと、を含む。また、任意選択的に、熱交換器は、熱交換器本体とモノリシックに形成された第２のヘッダ部材をさらに含み、第２のヘッダ部材は、第１の開口部と、第２の開口部と、第１の開口部と第２の開口部との間に延在する作動流体プレナムと、を含み、第２のヘッダ部材は、第３の開口部と、第４の開口部と、第３の開口部と第４の開口部との間に延在する冷却流体プレナムと、を含む。第１の熱交換器マニホールド、第２の熱交換器マニホールド、複数の作動流体通路、および複数の冷却流体通路は、共にシールレスに形成されてもよい。任意選択的に、第１の熱交換器マニホールドおよび第２の熱交換器マニホールドの少なくとも一方は、第１の熱交換器マニホールドおよび第２の熱交換器マニホールドの少なくとも一方とモノリシックに形成されたフランジを含む。
さらに別の実施形態では、熱交換器は、モノリシックに形成されたフランジを含む第１の熱交換器マニホールドと、モノリシックに形成されたフランジを含む第２の熱交換器マニホールドと、第１の熱交換器マニホールドと第２の熱交換器マニホールドとの間の少なくとも部分的に弓形の経路に沿って延在する複数の側壁と、を含む熱交換器本体を含む。複数の側壁は、複数の冷却流体通路と交互する複数の作動流体通路を形成するフローギャップによって分離され、複数の冷却流体通路は複数の作動流体通路と熱伝導連通する。第１の熱交換器マニホールド、第２の熱交換器マニホールド、および複数の側壁は、焼結材料でモノリシックに形成されている。
任意選択的に、焼結材料は、元素金属、金属合金、セラミック、プラスチック、およびこれらの任意の組み合わせのいずれかを含む。また、任意選択的に、焼結材料は、焼結構造および部分焼結構造の少なくとも一方を含む。第１の熱交換器マニホールドおよびフランジ、第２の熱交換器マニホールドおよびフランジ、複数の作動流体通路、ならびに複数の冷却流体通路は、共にシールレスに形成されてもよい。複数の側壁のうちの少なくとも１つは、流れ混合、乱流、およびフィン効果のうちの少なくとも１つにより、複数の作動流体通路と複数の冷却流体通路との間の熱伝達を増加させる複数の表面特徴部を含むことができる。複数の側壁のうちの少なくとも１つは、フローギャップ内に延在する複数の表面特徴部を含むことができ、複数の表面特徴部は、複数のフローガイド、複数のディンプル、複数のバンプ、および複数のスパイクのうちの少なくとも１つで形成されてもよい。
図１〜図８は、本明細書に記載の装置の例示的な実施形態を示す。
本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。 熱交換器本体を有する、図１に示す熱交換器の斜視図である。 図１に示す熱交換器の部分破断図である。 図２に示す第２の熱交換器マニホールドの内部通路の破断図である。 図２に示す第２の熱交換器マニホールドの内部通路の拡大破断図である。 熱交換器本体を有する熱交換器の別の実施形態の斜視図である。 線７−７に沿った熱交換器（図６に示す）の破断図である。 図６に示す熱交換器の第１のマニホールドの破断図である。
様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴をすべて含むことを意味しない。
以下の詳細な説明は、本開示の実施形態を例として示すのであって、限定するために示すのではない。本開示は、工業的、商業的、および居住的用途における使用に適したモノリシックに形成されたシールレス熱交換器を製造および動作させる様々な実施形態に一般的に適用されることが企図される。本明細書で使用される「モノリシックに形成される」とは、単一部品として形成または鋳造される構成要素または構造体を指す。
本明細書では、熱交換器システムの実施形態を説明する。熱交換器システムは、少なくとも２つの異なる流体流をパターン化されたチャネル構成に供給および／または戻すためのヘッダ／マニホールドで構成することができるモノリシックに形成された熱交換器で実施される。一組の平行な輪郭壁が流体流を分離し、構造的完全性を提供し、熱交換のための表面積を増加させる。モノリシックに形成されたガイドベーンは、モノリシックなチャネル構成との間で流れを運ぶ。単一部品設計により、溶接、ろう付けまたはボルト締めによって別個の部品または構成要素をシールする必要がなくなる。
モノリシックに形成された熱交換器の設計は、少なくとも２つの流体流の間の熱交換を可能にしながら、流体流の間に露出される表面積を増加させる。輪郭壁は、モノリシックに形成された熱交換器に構造的完全性を提供しながら表面積を増加させる。ガイドベーンは、流体流を輪郭壁構成に出入りさせ、圧力差を取り扱うための装置の圧力容器能力を向上させるように離間させることができる。熱交換器の設計は、異なる流体流の混合を防止しながら熱交換を可能にする。
パターニングされた、市松模様のまたは千鳥状のチャネルの配置は、２つ以上の流体流が熱を交換することを可能にするコンパクトで効率的な方法である。本明細書に記載の熱交換器は、パターン化されたチャネル構成からの少なくとも２つの流体流の供給または抽出を可能にするヘッダ／マニホールドとして構成可能である。モノリシックに形成された輪郭壁は、いくつかの実施形態では、パッケージサイズを最適化し、熱交換のための表面積を最大にするために、チャネル配置パターンの外周部に適合する。
モノリシックに形成されたガイドベーンは、多機能設計の特徴である。それらは、パターン化されたチャネルアレイの内外への流れを運び、熱交換のための表面積を最大にし、輪郭の壁に構造的強度と圧力容器能力を与え、モノリシックに形成された熱交換器の製造を容易にする。
本明細書に記載の熱交換器は、モノリシックに形成された設計において、パターン化されたチャネル構成からの少なくとも２つの異なる流体流の供給および抽出を可能にする。従来技術は、熱交換器構造体への供給およびそれからの抽出を可能にするために、別個の平行プレートおよびオリフィスプレートなどの複数の部品の使用を必要とする。別個のプレートは、溶接、ろう付けによって、またはボルト付きおよびシールされたフランジを組み込むことによってシールする必要がある。モノリシックに形成された構造の使用によって、流体の混合をもたらす漏れのリスクが低減される。モノリシックに形成された設計では、シールの摩耗または組み立てミスのリスクが排除される。熱交換器のパッケージングは、モノリシックに形成された輪郭壁を使用して熱交換に利用可能な全表面積の増加によって最適化される。
以下の説明は添付の図面を参照するが、そこで反対の表現がない場合には、異なる図面における同じ符号は類似の要素を表す。
図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンは、高バイパスガスタービンエンジン１１０として具体化される。図１に示すように、ガスタービンエンジン１１０は、軸方向Ａ（参照のために設けられた長手方向中心線１１２と平行に延在する）および半径方向Ｒ（長手方向中心線１１２に対して垂直に延在する）を規定する。一般に、ガスタービンエンジン１１０は、ファンケースアセンブリ１１４およびファンケースアセンブリ１１４の下流側に配置されたガスタービンエンジンコア１１６を含む。
ガスタービンエンジンコア１１６は、環状の入口１２０を画定するほぼ円筒形または管状の外側ケーシング１１８を含む。外側ケーシング１１８は、直列の流れの関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機１２２および高圧（ＨＰ）圧縮機１２４を含む圧縮機部と、燃焼部１２６と、高圧（ＨＰ）タービン１２８および低圧（ＬＰ）タービン１３０を含むタービン部と、排気ノズル部１３２と、を収容する。高圧（ＨＰ）スプールまたはシャフト１３４は、ＨＰタービン１２８とＨＰ圧縮機１２４とを駆動連結している。低圧（ＬＰ）スプールまたはシャフト１３６は、ＬＰタービン１３０とＬＰ圧縮機１２２とを駆動連結している。各シャフト１３４、１３６は、複数のベアリングアセンブリ１３８からオイルの流れを受け取り、例えば燃料を使用してオイルを冷却し、オイルを複数のベアリングアセンブリ１３８に戻すように構成された熱交換器１４０に流体連通して結合された複数のベアリングアセンブリ１３８によって支持される。ＬＰ圧縮機１２２、ＨＰ圧縮機１２４、燃焼部１２６、ＨＰタービン１２８、ＬＰタービン１３０、および排気ノズル部１３２は、共にコア空気流路１３７を画定する。
例示的実施形態では、ファンケースアセンブリ１１４は、間隔を置いてディスク１４６に結合された複数のファンブレード１４４を有するファン１４２を含む。図示するように、ファンブレード１４４は、ほぼ半径方向Ｒに沿ってディスク１４６から外向きに延在する。ファンブレード１４４およびディスク１４６は共に、ＬＰシャフト１３６によって長手方向中心線１１２の周りに回転可能である。
さらに図１の例示的な実施形態を参照すると、ディスク１４６は、複数のファンブレード１４４を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭づけされた回転可能なフロントハブ１４８で覆われている。さらに、例示的なファンケースアセンブリ１１４は、ファン１４２および／またはガスタービンエンジンコア１１６の少なくとも一部を円周方向に取り囲む環状ファンケーシングまたは外側ナセル１５０を含む。外側ナセル１５０は、出口ガイドベーンアセンブリ１５２によりガスタービンエンジンコア１１６に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。さらに、外側ナセル１５０の下流部１５４は、ガスタービンエンジンコア１１６の外側部分を覆うように延在してもよく、それらの間にバイパス空気流路１５６を画定することができる。
ガスタービンエンジン１１０の動作時には、ある量の空気１５８が、外側ナセル１５０および／またはファンケースアセンブリ１１４の関連する入口１６０を通ってガスタービンエンジン１１０に入る。空気１５８がファンブレード１４４を通過する際に、空気１５８の第１の部分１６２は、バイパス空気流路１５６内に導かれまたは送られ、空気１５８の第２の部分１６４は、コア空気流路１３７内に、より具体的には、ＬＰ圧縮機１２２内に導かれまたは送られる。空気１５８の第１の部分１６２と空気１５８の第２の部分１６４との比率は、バイパス比として一般に知られている。次に、空気１５８の第２の部分１６４の圧力は、空気１５８の第２の部分１６４がＨＰ圧縮機１２４を通して燃焼部１２６に導かれるときに高められ、そこでは、空気１５８の第２の部分１６４は、燃焼ガス１６６を供給するために燃料と混合されて燃焼される。
燃焼ガス１６６は、ＨＰタービン１２８を通して導かれ、そこでは、燃焼ガス１６６から熱エネルギーおよび／または運動エネルギーの一部分が、外側ケーシング１１８に結合されるＨＰタービンステータベーン１６８およびＨＰスプールまたはシャフト１３４に結合されるＨＰタービンロータブレード１７０の連続した段によって取り出され、これにより、ＨＰスプールまたはシャフト１３４が回転し、それによってＨＰ圧縮機１２４の動作を支援する。次に燃焼ガス１６６はＬＰタービン１３０を通って送られ、そこで熱および運動エネルギーの第２の一部分は、燃焼ガス１６６から、外側ケーシング１１８に結合されたＬＰタービンステータベーン１７２と、ＬＰスプールまたはシャフト１３６に結合されたＬＰタービンロータブレード１７４と、の連続段を通して抽出され、ＬＰスプールまたはシャフト１３６を回転させ、それによってＬＰ圧縮機１２２の動作および／またはファン１４２の回転を支援する。燃焼ガス１６６は、次に、ガスタービンエンジンコア１１６の排気ノズル部１３２を通って送られ、推進力を提供する。同時に、空気１５８の第１の部分１６２が、ガスタービンエンジン１１０のファンノズル排気部１７６から排気される前に出口ガイドベーンアセンブリ１５２を通ることを含んで、バイパス空気流路１５６を通って導かれるにつれて、空気１５８の第１の部分１６２の圧力が上昇し、推進推力も提供する。ＨＰタービン１２８、ＬＰタービン１３０、および排気ノズル部１３２は、ガスタービンエンジンコア１１６を通って燃焼ガス１６６を送るための高温ガス経路１７８を少なくとも部分的に画定する。
いくつかの実施形態では、ガスタービンエンジン１１０は、ピッチ変更機構１８０を含み、ファンブレード１４４のピッチは、ピッチ変更機構１８０を使用してピッチ軸Ｐの周りで変化させることができる。ガスタービンエンジン１１０はまた、１つまたは複数のギアボックス１８２を含むことができる。そのような場合には、これらの構成要素が存在するときには、これらが熱交換器１４０と流体連通して結合されてもよく、熱交換器１４０がピッチ変更機構１８０および／または１つもしくは複数のギアボックス１８２を通るオイルの流れを冷却する。
しかしながら、図１に示す例示的なガスタービンエンジン１１０は単なる例示であり、他の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１１０は、任意の他の適切な構成を有してもよいことを理解されたい。さらに他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、任意の他の適切なガスタービンエンジンに組み込むことができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、例えば、ターボプロップエンジン、軍用エンジン、コアエンジン、補助動力ユニット、試験装置、および海洋もしくは陸上ベースの航空転用エンジンに組み込むことができる。
図２は、熱交換器本体２０２を有する熱交換器１４０の斜視図である。例示的な実施形態では、熱交換器１４０は、第１の熱交換器マニホールド２０４および第２の熱交換器マニホールド２０６を含む。熱交換器１４０はまた、第１の熱交換器マニホールド２０４と第２の熱交換器マニホールド２０６との間に延在する熱交換器コア２０８を含む。様々な実施形態では、熱交換器コア２０８は、熱交換器コア２０８の入口プレナムと熱交換器コア２０８の出口プレナムとの間に延在する複数の円柱状通路を含む。いくつかの実施形態では、円柱状通路は、層ごとの構築または積層造形を用いる製造方法によって形成され、それには、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、インクジェットおよびレーザージェットなどによる３Ｄ印刷、立体リソグラフィ（ＳＬＳ）、直接選択的レーザー焼結（ＤＳＬＳ）、電子ビーム焼結（ＥＢＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、レーザー加工ネットシェイピング（ＬＥＮＳ）、レーザーネットシェイプ製造（ＬＮＳＭ）、直接金属堆積（ＤＭＤ）などが含まれるが、これらに限定されない。複数の作動流体通路は、第１の熱交換器マニホールド２０４と第２の熱交換器マニホールド２０６との間の蛇行経路に沿って延在する。熱交換器コア２０８は、図２に蛇行形状を有するものとして示されているが、単純弓形経路、複雑弓形経路、ジグザグ経路、起伏状経路、直線経路、線形経路、または本明細書に記載の機能を実行する際に熱交換器１４０を容易にする他の任意の形状の経路の形状であってもよい。
第１の熱交換器マニホールド２０４および第２の熱交換器マニホールド２０６の各端部に移行部材が形成される。第１の移行部材２１０、第２の移行部材２１２、第３の移行部材２１４、および第４の移行部材２１６はすべて、第１の熱交換器マニホールド２０４および第２の熱交換器マニホールド２０６のそれぞれの中へ、またはその外へ流れを導く。第２の移行部材２１２および第４の移行部材２１６は、構成要素または配管に結合するように構成されたそれぞれの接続フランジ２１８、２２０を伴って形成される。
様々な実施形態では、第１の熱交換器マニホールド２０４は、熱交換器コア２０８と第１の移行部材２１０との間に延在する第１のヘッダ２２２を含む。第１の熱交換器マニホールド２０４はまた、熱交換器コア２０８と第２の移行部材２１２との間に延在する第２のヘッダ２２４を含む。第２の熱交換器マニホールド２０６は、熱交換器コア２０８と第３の移行部材２１４との間に延在する第３のヘッダ２２６を含む。第２の熱交換器マニホールド２０６はまた、熱交換器コア２０８と第４の移行部材２１６との間に延在する第４のヘッダ２２８を含む。ヘッダ２２２、２２４、２２６、２２８は、熱交換器コア２０８と第１の移行部材２１０、第２の移行部材２１２、第３の移行部材２１４および第４の移行部材２１６との間のそれぞれの冷却流体または作動流体の流れを導くように構成される。
図３は、熱交換器１４０（図１に示す）の部分破断図である。図４は、第２の熱交換器マニホールド２０６の内部通路の破断図である。例示的な実施形態では、図４の破線図は、熱交換器コア２０８から第２の熱交換器マニホールド２０６を見ている。図３および図４を参照すると、例示的実施形態では、第２の熱交換器マニホールド２０６は、複数のベアリングアセンブリ１３８（図１に示す）からのオイルなどの作動流体、あるいは、熱交換器コア２０８内の複数のコア流路３０６から第２の熱交換器マニホールド２０６を通って第３の移行部材２１４内に入る、冷却目的のために送られた燃料などの冷却流体を導くフローガイドとしても機能する複数の主補強材３０２および複数の副補強材３０４を含む。例示的な実施形態では、複数の主補強材３０２および複数の副補強材３０４が、例えば積層造形プロセスによって、第２の熱交換器マニホールド２０６および第３の移行部材２１４とモノリシックに形成される。様々な実施形態では、第２の熱交換器マニホールド２０６および第４の移行部材２１６も、フローガイドとしても機能する同様に形成された補強材３０８を有する。図３には示していないが、第１の熱交換器マニホールド２０４および第１の移行部材２１０、ならびに第１の熱交換器マニホールド２０４および第２の移行部材２１２も、フローガイドとしても機能する同様に形成された補強材を有する。複数のマニホールド流路３１０は、複数のコア流路３０６を第２の熱交換器マニホールド２０６内に延在させる。
コア流路３０６は、コア流路３０６の第１の組３１２およびコア流路３０６の第２の組３１４に分割される。一実施形態では、コア流路３０６の第１の組３１２は複数の冷却流体通路として構成され、コア流路３０６の第２の組３１４は複数の作動流体通路として構成される。他の実施形態では、コア流路３０６の第１の組３１２は、複数の作動流体通路として構成され、コア流路３０６の第２の組３１４は、複数の冷却流体通路として構成される。コア流路３０６は、複数の作動流体通路として構成されたコア流路３０６と熱伝導連通して熱交換器コア２０８の経路に沿って延在する複数の冷却流体通路として構成される。さらに、コア流路３０６の第１の組３１２およびコア流路３０６の第２の組３１４は、向流または対向流として配置されてもよいし、平行流として配置されてもよい。本明細書で使用されるように、向流または対向流とは、コア流路３０６の隣接する第１の組３１２およびコア流路３０６の第２の組３１４を通る流れが反対方向であることをいう。平行流とは、コア流路３０６の隣接する第１の組３１２と、コア流路３０６の第２の組３１４とを同一方向に流れる流れをいう。コア流路３０６の高さ４０２は、コア流路３０６の幅４０４よりも著しく大きい。一実施形態では、コア流路３０６の高さ４０２は、幅４０４よりも約１０倍大きい。別の実施形態では、コア流路３０６の高さ４０２は、幅４０４よりも約２０倍大きい。さらに他の実施形態では、コア流路３０６の高さ４０２は、幅４０４よりも約４０倍大きい。コア流路３０６の幅よりも高い高さは、隣接するコア流路３０６間の熱伝達表面の表面積を増加させる。様々な実施形態では、コア流路３０６の第１の組３１２およびコア流路３０６の第２の組３１４は、コア流路３０６の第１の組３１２の残りのコア流路３０６およびコア流路３０６の第２の組３１４のサイズとは異なるサイズの個々のコア流路３０６を含む。
例示的な実施形態では、第１の熱交換器マニホールド２０４、第２の熱交換器マニホールド２０６、コア流路３０６の第１の組３１２およびコア流路３０６の第２の組３１４は、積層造形プロセスにおいて焼結材料からモノリシックに形成される。本明細書で使用される場合、「積層造形」という用語は、３次元対象物をもたらし、一度に１層ずつ対象物の形状を連続的に形成するステップを含む任意のプロセスを指す。積層造形プロセスとしては、例えば、３次元印刷、レーザーネット形状製造技術、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、プラズマ移行型アーク、自由造形などを挙げることができる。積層造形プロセスの１つの典型的なタイプは、レーザービームを用いて粉末材料を焼結または溶融させる。積層造形プロセスは、原料として粉末材料またはワイヤを使用することができる。さらに、積層造形プロセスは、一般に、複数の薄い単位層を順次積層して物体を製造する、対象物（物品、部品、パーツ、製品など）を製造する迅速な方法に関係することができる。例えば、粉末材料の層を設けて（例えば、載置して）、エネルギービーム（例えば、レーザービーム）を照射することができ、そのようにして各層内の粉末材料の粒子を順次焼結（融着）または溶融させて層を固化させることができる。本明細書において、焼結材料は、焼結構造または部分焼結構造を含む。様々な実施形態では、焼結材料は、元素金属、金属合金、セラミック、プラスチック、およびそれらの任意の組み合わせのいずれかを含む。
図５は、第２の熱交換器マニホールド２０６の内部通路の拡大破断図である。例示的な実施形態では、コア流路３０６の第１の組３１２およびコア流路３０６の第２の組３１４は、複数のコア通路壁５０２によって分離されている。例示的な実施形態では、複数のコア通路壁５０２の各々は、波形であるか、または起伏のある断面を有する。他の実施形態では、複数のコア通路壁５０２は平坦である。さらに他の実施形態では、複数のコア通路壁５０２は、流れの混合、乱流、およびフィン効果のうちの少なくとも１つにより、コア流路３０６の第１の組３１２とコア流路３０６の第２の組３１４との間の熱伝達を増加させることを容易にする表面特徴部を有する。表面機構部は、例えば、複数のフローガイド５０４、複数のディンプル５０６、複数のバンプ５０８、および複数のスパイク５１０で実現することができるが、これらに限定されない。
図６は、熱交換器本体６０２を有する熱交換器６００の別の実施形態の斜視図である。例示的な実施形態では、熱交換器６００は、第１の熱交換器マニホールド６０４および第２の熱交換器マニホールド６０６を含む。熱交換器６００はまた、第１の熱交換器マニホールド６０４と第２の熱交換器マニホールド６０６との間に延在する熱交換器コア６０８を含む。図６では、熱交換器コア６０８は、第１の熱交換器マニホールド６０４と第２の熱交換器マニホールド６０６との間の円形経路の一部を形成する単純な弓状経路に形成されている。他の実施形態では、熱交換器コア６０８は、限定はしないが複雑な弓状形状などの他の形状、または本明細書で説明する機能を実行する際に熱交換器６００を容易にする他の任意の形状で形成される。
第１の熱交換器マニホールド６０４および第２の熱交換器マニホールド６０６の各端部に移行部材が形成される。第１の移行部材６１０、第２の移行部材６１２、第３の移行部材６１４、および第４の移行部材６１６はすべて、第１の熱交換器マニホールド６０４および第２の熱交換器マニホールド６０６のそれぞれの中へ、またはその外へ流れを導く。第１の接続管６１８は、第１の移行部材６１０に連結されるか、または第１の移行部材６１０と共に形成される。第２の接続管６２０は、第２の移行部材６１２に連結されるか、または第２の移行部材６１２と共に形成される。第３の接続管６２２は、第３の移行部材６１４に連結されるか、またはそれと共に形成され、第４の接続管６２４は、第４の移行部材６１６に連結されるか、またはそれと共に形成される。第２の接続管６２０および第４の接続管６２４は、それぞれの接続フランジ６２６、６２８を伴って形成され、接続フランジ６２６、６２８は、第２の接続管６２０および第４の接続管６２４にそれぞれ結合されるかまたはそれらと共に形成され、構成要素または配管に結合するように構成される。交差流型または対向流型の熱交換器構成の実施形態では、第１の流体６３０、６３２の流れは、第２の接続管６２０を通って熱交換器６００に入り、第１の接続管６１８を通って熱交換器６００から出る。第２の流体６３４、６３６の流れは、第３の接続管６２２を通って熱交換器６００に入り、第４の接続管６２４を通って熱交換器６００から出る。熱交換器６００は、他の実施形態では、平行流構成で構成することができる。平行流構成では、第１の流体６３０、６３２の流れの一方と第２の流体６３４、６３６の流れとの方向が逆転する。
図７は、線７−７（図６に示す）に沿った熱交換器６００の破断図である。例示的な実施形態では、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組が、熱交換器６００の外側半径方向周辺部７０６から内側半径方向周辺部７０８まで互いに隣接して交互に配置される。複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組は、積層造形プロセスにおいて同時にかつシールレスに円柱状側壁７１０から形成される。したがって、円柱状側壁７１０の物理的構造は、焼結または完全な溶融積層造形プロセスを示す。様々な実施形態では、円柱状側壁７１０は、図５に示すバンプ、スパイクなどと同様な表面輪郭または表面特徴部を有し、これは、円柱状側壁７１０の強度を増加させ、円柱状側壁７１０の表面積を増加させ、かつ／または複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組を通る層流を減少させる。
図８は、熱交換器６００（図６に示す）の第１のマニホールド８０２の破断図である。図６〜図８を参照すると、例示的な実施形態では、図６〜図８に示す熱交換器６００の配向のために、第１のマニホールド８０２を「下部」マニホールド８０２と呼ぶこともできる。しかしながら、熱交換器６００は、第１のマニホールド８０２が熱交換器６００の残りの部分よりも高い位置に配置されている配向を含む、複数の異なる配向で使用してもよい。例示的な実施形態では、第２の接続管６２０は、流体の流れ、例えば、第１の流体６３０、６３２の流れを受け取り、第１の流体６３０、６３２の流れを第２の移行部材６１２内に導くように構成され、第２の移行部材６１２では、複数の主ガイドベーン８０４が第１の流体６３０、６３２の流れを円周方向Ｃに導く。第１の流体６３０、６３２の流れはさらに、複数の副ガイドベーン８０６に導かれ、複数の副ガイドベーン８０６は、第１の流体６３０、６３２の流れを複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組の一方に向けるのを容易にし、第１の流体６３０、６３２の流れを軸方向Ａに熱交換器コア６０８内に向けるのを容易にする。
さらに、複数の主ガイドベーン８０４および複数の副ガイドベーン８０６は、熱交換器６００および熱交換器コア６０８のための追加の構造的完全性も提供する。複数の主ガイドベーン８０４および複数の副ガイドベーン８０６は、剛性または剛さを提供し、それによって、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組を、平面外に構成要素を曲げることなく、著しく異なる圧力で動作させることを可能にする。複数の主ガイドベーン８０４および複数の副ガイドベーン８０６はまた、例えば、第２の移行部材６１２の鋭い９０°の屈曲部を通る第１の流体６３０、６３２の流れの転回を容易にすることによって、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組を通る圧力降下を低減する。複数の主ガイドベーン８０４および複数の副ガイドベーン８０６により、熱交換器コア６０８を流れる第１の流体６３０、６３２の流れの損失係数を低減させるより効率的な方法で、第１の流体６３０、６３２の流れを熱交換器コア６０８に向けることができる。複数の主ガイドベーン８０４および複数の副ガイドベーン８０６もまた、積層造形プロセスを容易にする。一実施形態では、リコータブレードは、積層造形装置のベッドから粉末を堆積させて除去する。熱交換器の形成中のリコータブレードの作用は、構築される構造体に横方向の力を加える。薄すぎる構造体は、加えられる力に耐えられないことがあり、積層造形プロセス中に崩壊する可能性がある。複数の主ガイドベーン８０４および複数の副ガイドベーン８０６は、さらなる支持を提供し、薄く高い壁を有する熱交換器６００を形成することを可能にする。
複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組は、熱交換器コア６０８の円形輪郭の周りで湾曲している。したがって、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組の長さは、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組が外側半径方向周辺部７０６に近いほど相対的に長くなり、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組が内側半径方向周辺部７０８に近いほど相対的に短くなる。複数のコア流路７０２の第１の組と複数のコア流路７０４の第２の組の異なる長さは、複数のコア流路７０２の第１の組と複数のコア流路７０４の第２の組が円形の熱交換器コア６０８の周りを平行に走っているので、望ましくない影響を引き起こすおそれがある。例えば、長さが長くなると、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組の半径方向最外部を通るヘッド損失が増加する。増加したヘッド損失によって、熱交換器コア６０８を横切る異なる流れが生じ、複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組の熱交換能力に影響を及ぼす可能性がある。このような影響は、外側半径方向周辺部７０６に向けて配置された複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組のコア流路を、内側半径方向周辺部７０８に向けて配置された複数のコア流路７０２の第１の組および複数のコア流路７０４の第２の組のコア流路と異なるように形成することによって、軽減することができる。
モノリシックに形成された熱交換器の上述の実施形態は、シールレス熱交換器を提供するための費用対効果の高い信頼性の高い手段を記載している。より具体的には、本明細書に記載の方法およびシステムは、熱交換器コアまたは熱交換器ならびに入口ヘッダおよび出口ヘッダおよびマニホールドの構成要素間のシールまたは接合なしに熱交換器を形成することを容易にする。加えて、上述の方法およびシステムは、動作中の熱交換器構造体の強度および安定性、また製造上の懸念のためにガイドベーンを使用する積層造形法を使用して熱交換器を製造することを容易にする。結果として、本明細書に記載の熱交換器は、費用対効果が高くかつ信頼性の高い方法で構成要素の冷却を容易にする。
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴を一部の図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
本明細書は、実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
熱交換器コア（２０８，６０８）であって、前記熱交換器コア（２０８，６０８）の入口プレナムと前記熱交換器コア（２０８，６０８）の出口プレナムとの間に延在する複数の円柱状通路（３０６）を含み、前記円柱状通路（３０６）は単一の製造工程でモノリシックに形成されている、熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様２］
前記複数の円柱状通路（３０６）は各々、フローギャップによって分離された一対の隣接する側壁を含む、実施態様１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様３］
前記一対の隣接する側壁の少なくとも一方の側壁は、前記フローギャップ内に延在する複数の表面特徴部を含む、実施態様２に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様４］
前記複数の円柱状通路（３０６）は、
並列に流体連通して結合された第１の通路（７０２）の第１の組と、
並列に流体連通して結合された第２の通路（７０４）の第２の組と、を含み、前記第２の通路（７０４）の第２の組は、前記第１の通路（７０２）の第１の組との流体連通から隔離されている、実施態様１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様５］
並列に流体連通して結合された第３の通路の第３の組をさらに含み、前記第３の通路の第３の組は、前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組との流体連通から隔離されている、実施態様４に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様６］
前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組の少なくとも一方は、前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組の前記少なくとも一方の残りのコア流路（３０６）とは異なるサイズの個々のコア流路（３０６）を含む、実施態様４に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様７］
前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組は、前記熱交換器コア（２０８，６０８）の前記入口プレナムと前記熱交換器コア（２０８，６０８）の前記出口プレナムとの間で前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組の長さに沿って互いに熱伝導連通して結合されている、実施態様４に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様８］
前記複数の円柱状通路（３０６）は、複数の非平面側壁を含む、実施態様１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様９］
前記複数の円柱状通路（３０６）は、複数のフローガイド（５０４）、複数のディンプル（５０６）、複数のバンプ（５０８）、および複数のスパイク（５１０）のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様１０］
第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）と、前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）の少なくとも一方の各端部に形成された移行部材と、をさらに含み、前記移行部材は、前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）の前記少なくとも一方からの流体の流れを、前記熱交換器コア（２０８，６０８）の前記複数の円柱状通路（３０６）のそれぞれの通路に導くように構成された複数のガイドベーン（８０４，８０６）を含む、実施態様１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
［実施態様１１］
熱交換器本体（２０２，６０２）を含む熱交換器（１４０，６００）であって、
第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）と、
第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）と、
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）と前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）との間の蛇行経路に沿って延在する複数の作動流体通路と、
前記複数の作動流体通路と熱伝導接触して前記蛇行経路に沿って延在する複数の冷却流体通路と
を含み、
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）、前記複数の作動流体通路、および前記複数の冷却流体通路は、焼結材料でモノリシックに形成されている、熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１２］
前記蛇行経路は、単純弓形経路、複雑弓形経路、ジグザグ経路、起伏状経路、直線経路、線形経路、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１３］
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）は、作動流体入口ヘッダおよび冷却流体出口ヘッダを含み、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）は、作動流体出口ヘッダおよび冷却流体入口ヘッダを含む、実施態様１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１４］
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）は、作動流体入口ヘッダおよび作動流体出口ヘッダを含み、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）は、冷却流体出口ヘッダおよび冷却流体入口ヘッダを含む、実施態様１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１５］
前記熱交換器本体（２０２，６０２）とモノリシックに形成された第１のヘッダ部材（２２２）をさらに含み、前記第１のヘッダ部材（２２２）は、第１の開口部と、第２の開口部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に延在する作動流体プレナムと、を含み、前記第１のヘッダ部材（２２２）は、第３の開口部と、第４の開口部と、前記第３の開口部と前記第４の開口部との間に延在する冷却流体プレナムと、を含む、実施態様１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１６］
前記熱交換器本体（２０２，６０２）とモノリシックに形成された第２のヘッダ部材（２２４）をさらに含み、前記第２のヘッダ部材（２２４）は、第１の開口部と、第２の開口部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に延在する作動流体プレナムと、を含み、前記第２のヘッダ部材（２２４）は、第３の開口部と、第４の開口部と、前記第３の開口部と前記第４の開口部との間に延在する冷却流体プレナムと、を含む、実施態様１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１７］
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）、前記複数の作動流体通路、および前記複数の冷却流体通路は、共にシールレスに形成される、実施態様１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１８］
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）の少なくとも一方は、前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）の前記少なくとも一方とモノリシックに形成されたフランジ（２１８，２２０、６２６，６２８）を含む、実施態様１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様１９］
熱交換器本体（２０２，６０２）を含む熱交換器（１４０，６００）であって、
モノリシックに形成されたフランジ（２１８，２２０、６２６，６２８）を含む第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）と、
モノリシックに形成されたフランジ（２１８，２２０、６２６，６２８）を含む第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）と、
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）と前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）との間の少なくとも部分的に弓形の経路に沿って延在する複数の側壁と、を含み、前記複数の側壁は、複数の冷却流体通路と交互する複数の作動流体通路を形成するフローギャップによって分離され、前記複数の冷却流体通路は前記複数の作動流体通路と熱伝導連通し、
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）、および前記複数の側壁は、焼結材料でモノリシックに形成されている、熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様２０］
前記焼結材料は、元素金属、金属合金、セラミック、プラスチック、およびこれらの任意の組み合わせのいずれかを含む、実施態様１９に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様２１］
前記焼結材料は、焼結構造および部分焼結構造の少なくとも一方を含む、実施態様１９に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様２２］
前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）およびフランジ（２１８，２２０、６２６，６２８）、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）およびフランジ（２１８，２２０、６２６，６２８）、前記複数の作動流体通路、ならびに前記複数の冷却流体通路は、共にシールレスに形成される、実施態様１９に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様２３］
前記複数の側壁のうちの少なくとも１つは、流れ混合、乱流、およびフィン効果のうちの少なくとも１つにより、前記複数の作動流体通路と前記複数の冷却流体通路との間の熱伝達を増加させる複数の表面特徴部を含む、実施態様１９に記載の熱交換器（１４０，６００）。
［実施態様２４］
前記複数の表面特徴部のうちの少なくとも１つは、前記フローギャップ内に延在し、前記複数の表面特徴部は、複数のフローガイド（５０４）、複数のディンプル（５０６）、複数のバンプ（５０８）、および複数のスパイク（５１０）のうちの少なくとも１つで形成されている、実施態様２３に記載の熱交換器（１４０，６００）。
１１０ ガスタービンエンジン
１１２ 長手方向中心線
１１４ ファンケースアセンブリ
１１６ ガスタービンエンジンコア
１１８ 外側ケーシング
１２０ 環状の入口
１２２ ブースタ、低圧（ＬＰ）圧縮機
１２４ 高圧（ＨＰ）圧縮機
１２６ 燃焼部
１２８ 高圧（ＨＰ）タービン
１３０ 低圧（ＬＰ）タービン
１３２ 排気ノズル部
１３４ ＨＰスプールまたはシャフト
１３６ ＬＰスプールまたはシャフト
１３７ コア空気流路
１３８ ベアリングアセンブリ
１４０ 熱交換器
１４２ ファン
１４４ ファンブレード
１４６ ディスク
１４８ フロントハブ
１５０ 外側ナセル
１５２ 出口ガイドベーンアセンブリ
１５４ 下流部
１５６ バイパス空気流路
１５８ ある量の空気
１６０ 関連する入口
１６２ 空気の第１の部分
１６４ 第２の部分
１６６ 燃焼ガス
１６８ ＨＰタービンステータベーン
１７０ ＨＰタービンロータブレード
１７２ ＬＰタービンステータベーン
１７４ ＬＰタービンロータブレード
１７６ ファンノズル排気部
１７８ 高温ガス経路
１８０ ピッチ変更機構
１８２ ギアボックス
２０２ 熱交換器本体
２０４ 第１の熱交換器マニホールド
２０６ 第２の熱交換器マニホールド
２０８ 熱交換器コア
２１０ 第１の移行部材
２１２ 第２の移行部材
２１４ 第３の移行部材
２１６ 第４の移行部材
２１８ 接続フランジ
２２０ 接続フランジ
２２２ 第１のヘッダ
２２４ 第２のヘッダ
２２６ 第３のヘッダ
２２８ 第４のヘッダ
３０２ 主補強材
３０４ 副補強材
３０６ コア流路
３０８ 補強材
３１０ マニホールド流路
３１２ 第１の組
３１４ 第２の組
４０２ 高さ
４０４ 幅
５０２ コア通路壁
５０４ フローガイド
５０６ ディンプル
５０８ バンプ
５１０ スパイク
６００ 熱交換器
６０２ 熱交換器本体
６０４ 第１の熱交換器マニホールド
６０６ 第２の熱交換器マニホールド
６０８ 熱交換器コア
６１０ 第１の移行部材
６１２ 第２の移行部材
６１４ 第３の移行部材
６１６ 第４の移行部材
６１８ 第１の接続管
６２０ 第２の接続管
６２２ 第３の接続管
６２４ 第４の接続管
６２６ 接続フランジ
６２８ 接続フランジ
６３０ 第１の流体
６３２ 第１の流体
６３４ 第２の流体
６３６ 第２の流体
７０２ コア流路
７０４ コア流路
７０６ 外側半径方向周辺部
７０８ 内側半径方向周辺部
７１０ 円柱状側壁
８０２ 第１のマニホールド
８０４ 主ガイドベーン
８０６ 副ガイドベーン

Claims (15)

  1. 熱交換器コア（２０８，６０８）であって、前記熱交換器コア（２０８，６０８）の入口プレナムと前記熱交換器コア（２０８，６０８）の出口プレナムとの間に延在する複数の円柱状通路（３０６）を含み、前記円柱状通路（３０６）は単一の製造工程でモノリシックに形成されている、熱交換器コア（２０８，６０８）。
  2. 前記複数の円柱状通路（３０６）は各々、フローギャップによって分離された一対の隣接する側壁を含む、請求項１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  3. 前記一対の隣接する側壁の少なくとも一方の側壁は、前記フローギャップ内に延在する複数の表面特徴部を含む、請求項２に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  4. 前記複数の円柱状通路（３０６）は、
    並列に流体連通して結合された第１の通路（７０２）の第１の組と、
    並列に流体連通して結合された第２の通路（７０４）の第２の組と、を含み、前記第２の通路（７０４）の第２の組は、前記第１の通路（７０２）の第１の組との流体連通から隔離されている、請求項１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  5. 並列に流体連通して結合された第３の通路の第３の組をさらに含み、前記第３の通路の第３の組は、前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組との流体連通から隔離されている、請求項４に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  6. 前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組の少なくとも一方は、前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組の前記少なくとも一方の残りのコア流路（３０６）とは異なるサイズの個々のコア流路（３０６）を含む、請求項４に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  7. 前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組は、前記熱交換器コア（２０８，６０８）の前記入口プレナムと前記熱交換器コア（２０８，６０８）の前記出口プレナムとの間で前記第１の通路（７０２）の第１の組および前記第２の通路（７０４）の第２の組の長さに沿って互いに熱伝導連通して結合されている、請求項４に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  8. 前記複数の円柱状通路（３０６）は、複数の非平面側壁を含む、請求項１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  9. 前記複数の円柱状通路（３０６）は、複数のフローガイド（５０４）、複数のディンプル（５０６）、複数のバンプ（５０８）、および複数のスパイク（５１０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  10. 第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）と、前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）の少なくとも一方の各端部に形成された移行部材と、をさらに含み、前記移行部材は、前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）および前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）の前記少なくとも一方からの流体の流れを、前記熱交換器コア（２０８，６０８）の前記複数の円柱状通路（３０６）のそれぞれの通路に導くように構成された複数のガイドベーン（８０４，８０６）を含む、請求項１に記載の熱交換器コア（２０８，６０８）。
  11. 熱交換器本体（２０２，６０２）を含む熱交換器（１４０，６００）であって、
    第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）と、
    第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）と、
    前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）と前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）との間の蛇行経路に沿って延在する複数の作動流体通路と、
    前記複数の作動流体通路と熱伝導接触して前記蛇行経路に沿って延在する複数の冷却流体通路と
    を含み、
    前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）、前記複数の作動流体通路、および前記複数の冷却流体通路は、焼結材料でモノリシックに形成されている、熱交換器（１４０，６００）。
  12. 前記蛇行経路は、単純弓形経路、複雑弓形経路、ジグザグ経路、起伏状経路、直線経路、線形経路、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
  13. 前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）は、作動流体入口ヘッダおよび冷却流体出口ヘッダを含み、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）は、作動流体出口ヘッダおよび冷却流体入口ヘッダを含む、請求項１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
  14. 前記第１の熱交換器マニホールド（２０４，６０４）は、作動流体入口ヘッダおよび作動流体出口ヘッダを含み、前記第２の熱交換器マニホールド（２０６，６０６）は、冷却流体出口ヘッダおよび冷却流体入口ヘッダを含む、請求項１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
  15. 前記熱交換器本体（２０２，６０２）とモノリシックに形成された第１のヘッダ部材（２２２）をさらに含み、前記第１のヘッダ部材（２２２）は、第１の開口部と、第２の開口部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に延在する作動流体プレナムと、を含み、前記第１のヘッダ部材（２２２）は、第３の開口部と、第４の開口部と、前記第３の開口部と前記第４の開口部との間に延在する冷却流体プレナムと、を含む、請求項１１に記載の熱交換器（１４０，６００）。
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