JP2019522167A

JP2019522167A - エントレインメント熱交換器

Info

Publication number: JP2019522167A
Application number: JP2019501723A
Authority: JP
Inventors: ランボ，ジェフリー・ダグラス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-08-08
Also published as: WO2018013394A2; EP3485213A2; CA3029429C; US20180017342A1; CN109477692A; WO2018013394A3; US11168951B2; CA3029429A1; EP3485213B1

Abstract

熱交換装置（１００，２００，３００，４００，５００）は、上流端の入口から下流端の出口まで流動長にわたって延伸し、第１の流体のための第１の流路を画定するシェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）と、第２の流体のための第２の流路を画定する、シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された構造体（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）と、上流端から下流に配置されたシェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内の少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）と、入口の下流に配置されているノズル（１３２，２３２，３３２，４３２，５３２）とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、一般に伝熱装置に関し、より詳細には熱交換器に関する。

熱交換器は、熱が一方の流体から他方の流体に伝達されることができるように、異なる温度の流体が非常に接近する装置である。

熱交換器は、それらが例えばガスタービンエンジンを囲むナセル内などの小さいまたは異常な形状の空間に適合しなければならない機械または車両に組み込まれることが多いため、多数の物理的構成を有する。

小さい空間に収まるように、比較的小さい前面領域を有し、長い軸方向長さにわたって延伸する高アスペクト比の熱交換器に特に関心が集まっている。

熱交換器内の熱伝導率が、デルタＴ（ΔＴ）として参照される流体間の温度差に比例することはよく知られている。高アスペクト比の熱交換器に関する１つの問題は、低温の流体が流動長に沿って熱を奪い、温度差を減少させるために冷却能力が急速に低下するため、それらが比較的劣った性能を有する可能性があることである。

上述の問題は、流体のうちの１つが追加の流れのエントレインメントによって周期的にリフレッシュされる熱交換器によって対処される。

本明細書に記載の技術の一態様によれば、熱交換装置は、上流端の入口から下流端の出口まで流動長にわたって延伸し、第１の流体のための第１の流路を画定するシェルと、第２の流体のための第２の流路を画定する、シェル内に配置された構造体と、上流端から下流に配置されたシェル内の少なくとも１つの補助入口と、入口の下流に配置されているノズルとを含む。

本明細書に記載の技術の別の態様によれば、ガスタービンエンジンのための熱交換装置は、上流端の入口から下流端の出口まで流動長にわたって延伸し、第１の流体のための第１の流路を画定するシェルであって、シェルは、入口に特性寸法を有し、流動長を特性寸法で除算したアスペクト比は１以上である、シェルと、流れ方向を横切って延伸し、第２の流体のための第２の流路を画定する、シェル内に配置されている複数のチューブと、上流端から下流に配置されている、シェル内の少なくとも１つの補助入口と、少なくとも１つの補助入口の下流に配置されているノズルとを含む。

本明細書に記載の技術の別の態様によれば、熱交換器を動作させる方法は、上流端の入口から下流端の出口まで流動長にわたって延伸するシェルを通じて第１の温度の第１の流体の一次流を流すステップと、一方の流体から他方の流体に熱が伝達されるように、シェル内に配置された構造体を通じて、第１の温度とは異なる第２の温度の第２の流体を流すステップと、上流端から下流に配置されているシェル内の少なくとも１つの補助入口を通じて、流体の二次流をシェル内に取り込むステップとを含む。

添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより、本発明について最もよく理解することができる。

従来技術の熱交換器の概略断面図である。流動長に対する冷却剤のバルク温度プロファイルを示すグラフ図である。エントレインメント機構を有する熱交換器の概略断面図である。図３の熱交換器の概略上面図である。代替的な熱交換器の概略断面図である。別の代替的な熱交換器の概略断面図である。別の代替的な熱交換器の概略断面図である。別の代替的な熱交換器の概略断面図である。流路壁に隣接して配置された図１の熱交換器の概略断面図である。

図面を参照すると、様々な図を通じて同じ符号は同じ要素を示しており、図１は、従来技術の熱交換器１０を示す。熱交換器１０は、上流端１４および下流端１６をそれぞれ有するシェルまたはハウジング１２と、シェル１２を横切って延伸する複数のチューブ１８とを含む、シェルアンドチューブ型のものである。

動作中、本明細書では冷却剤としても参照される第１の温度の第１の流体が、シェル１２を通って上流端１４から下流端１６への方向にチューブ１８の周りを流れ、矢印「Ｆ」で示される。第１の温度よりも高い第２の温度の第２の流体がチューブ１８を通って流れる。

「流体」という用語は、本明細書では一般的な意味で使用され、その容器の形状を取りながら流れる傾向がある物質を意味し、液体、気体、またはそれらの組み合わせを指す場合があることに留意されたい。

熱エネルギーは第２の流体からチューブ１８の壁を通って冷却剤に流れ込み、続いて運び去られる。単位時間当たりのエネルギーとして特徴付けられる熱流速は、第１の流体と第２の流体との間の温度差（ΔＴ）に比例する。

実際には、冷却剤の温度は、チューブ１８の上を流れるにつれて上昇するため、温度差は熱交換器１０の長さにわたって一定ではない。したがって、例えば、上流端１４付近の第１の温度差は、下流端１６付近の第２の温度差よりも大きくなる。この特性は、熱交換器の長さが長くなるにつれて悪化する。この結果として、熱交換器１０が所望されるよりも効果的でなくなる。この特性は、図２において「Ａ」とラベル付けされた曲線によって示されている。

上述の有効性の損失を回避するために、追加の新鮮な冷却剤が１つまたは複数の下流位置において冷却剤の一次流に取り込まれるように、熱交換器を構成することができる。エントレインメントを達成するために、流体速度を増加させ、したがって局所的静圧を減少させる縮流部またはノズルが提供され、追加の冷却剤を取り込むための駆動力を提供する。本明細書で使用されるとき、用語「ノズル」は、その物理的構成にかかわらずこの機能を達成する任意の構造を指す。この原理は様々な物理的構成で具体化することができる。適切な構成の例を以下に記載する。

以下の例は、第２の流体を冷却するために第１の流体を使用する文脈に関して説明されているが、熱交換器の主な機能は１つの流体から他の流体へ熱を伝達することであり、その最終用途は発明の理解にとって重要ではないことが理解されよう。例えば、本明細書に記載の熱交換器は、チューブの内部を通って流れるエンジン潤滑油などの液体と共に、かつ、チューブの周りをシェルを通って流れるラムエアまたはエンジン抽気などのガスを用いて使用することができる。この熱伝達プロセスの最終的な目的は、潤滑油の温度を下げること、もしくは空気の温度を上げること、またはその両方であり得る。２つの流体の相対温度は、本明細書に記載の例の逆であってもよい、すなわちチューブを通る流れがシェルを通る流れよりも低温であってもよいこともまた理解されよう。

図３および図４は、このエントレインメント原理を用いた例示的な熱交換器１００を示している。熱交換器１００は、入口１２０を画定する上流端１１４と、出口１２２を画定する下流端１１６とを有するシェルまたはハウジング１１２を含むシェルアンドチューブ型のものである。シェル１１２は壁１２４によって画定されている。熱交換器１００は、全流動長「Ｌ」を有し、１つまたは複数の特性寸法によって規定される入口１２０の前面領域を有する。例えば、入口１２０が円形の場合、その半径または直径が特性寸法であり得る。他の例では、入口１２０は長方形または環状形であってもよい。図３は、半径方向の高さを表す特性寸法「Ｄ」を示す。本明細書で使用される場合、一般に「高アスペクト比」熱交換器とは、前面領域特性寸法の少なくとも１つが流動長よりも小さい装置を指す。図示の例では、これは１以上のアスペクト比Ｌ／Ｄに対応する。流動長は前面領域の数倍になることがある。図示の熱交換器１００は単なる一例であり、それはより大きなまたはより長い熱交換器の一部を表してもよいことが理解されよう。

複数のチューブ１１８が流れ方向に対して横方向にシェル１１２の内部を横切って延伸し、複数のバンクまたはバンドルにグループ化され得る。バンドルは、異なる量のチューブ１１８を有することができ、可変の長さで離間することができる。チューブ１１８は、流体のための流路を画定する構造の単なる一例であることに留意されたい。図４に見られるように、入口ダクト１２６が、流れを最も下流のチューブバンドル内に方向付けるために設けられている。隣接するチューブバンドルから成る各対は、戻りマニホールド１２８と相互接続されており、最も上流のチューブバンドルは出口ダクト１３０に接続されている。入口ダクト１２６、戻りマニホールド１２８、およびダクト１３０内は、チューブ１１８のバンドルを通る蛇行流路を画定するように構成されている。蛇行流路は、流れがチューブ１１８を通るように方向付けられ得る方法の一例にすぎず、他の多数の構成が可能である。

上流端１１４から下流の１つまたは複数の位置において、シェル１１２は、ノズルまたは面積縮小部１３２を画定するように構成される。図示の例では、壁１２４は、最小流路面積のスロート１３４を画定するように縮小されている。中心体１３６が、スロート１３４のすぐ上流でシェル１１２内に配置されている。シェル１１２は、スロート１３４のすぐ上流に１つまたは複数の補助入口１３８をさらに含む。

動作中、矢印Ｆによって示されるように、冷却剤としても参照される第１の温度の第１の流体が、シェル１１２を通って上流端１１４から下流端１１６への方向に流れる。これは、「一次流」として参照される場合がある。第１の流体はまた、矢印Ｆ２で示される「二次流」において、シェル１１２の外側の周りを流れる。第２の温度の第２の流体がチューブ１１８を通って流れる。

冷却剤がノズル１３２を通って流れるにつれて、流体速度が増加し、したがって局所静圧が減少する。これは、シェル１１２の外部を流れる追加の冷却剤（すなわち、二次流）を、補助入口１３８を通じて取り込むための駆動力を提供する。この追加の取り込まれた冷却剤は、チューブ１１８の上流バンドルをすでに通過した一次流と混合する。その結果、補助入口１３８の下流の一次流体の温度は、他の様態でエントレインメントがない場合よりも低くなる。

図２は、エントレインメントまたはリフレッシュを伴う一次流体の温度特性を示す。曲線「Ｂ」を参照すると、予測されるように流動長に沿って温度が上昇するが、追加の冷却剤が補助入口１３８を通って持ち込まれる各位置において冷却剤の温度が不連続に低下することが分かる。この特性は、温度差、ひいては熱伝達効果を増大させる傾向がある。エントレインメントは、熱交換器１００の流動長に沿って離間したいくつかの場所で起こり得る。

図５は、エントレインメント原理を用いた別の例示的な熱交換器２００を示している。熱交換器２００は、上述の熱交換器１００と構造が類似しており、入口２２０を画定する上流端２１４と、出口２２２を画定する下流端２１６とを有するシェルまたはハウジング２１２を含む。シェル２１２は壁２２４によって画定されている。複数のチューブ２１８がシェル２１２を横切って延伸する。

上流端２１４から下流の１つまたは複数の位置において、最小流路面積のスロート２３４を有するノズルまたは面積縮小部２３２を画定するように構成された内部バッフル２４０がシェル２１２内に配置される。シェル２１２は、スロート２３４のすぐ上流に１つまたは複数の補助入口２３８をさらに含む。

ノズル２３２および補助入口２３８は、動作中に追加の冷却剤を一次流に取り込むために、上記と実質的に同じ方法で動作する。１つの相違は、バッフル２４０を使用することによって、一次流がそれぞれＦ３およびＦ４で示される内側部分と外側部分に分割されることである。内側部分Ｆ３はシェル２１２を通ってまっすぐに流れて混合を受けず、外側部分は取り込まれる冷却剤を一次流と混合する。したがって、下流側のチューブバンドルは、上流側のチューブバンドルからの冷却剤と混合冷却剤との混合物を受け取る。上述の熱交換器１００と比較して、この例は低温冷却剤の「リフレッシュ」を少なくするが、より多くの流動エネルギーを保持する。任意選択的に、バッフル２４０は、第２のチューブの上流で一次冷却剤と取り込まれる冷却剤との混合があるように穿孔することができる。

図６は、エントレインメント原理を用いた別の例示的な熱交換器３００を示している。熱交換器３００は、上述の熱交換器２００と構造が類似しており、入口３２０を画定する上流端３１４と、出口３２２を画定する下流端３１６とを有するシェルまたはハウジング３１２を含む。シェル３１２は壁３２４によって画定されている。複数のチューブ３１８がシェル３１２を横切って延伸する。熱交換器３００は、シェル３１２を囲む外側ハウジング３４２を、バイパスダクト３４４がシェル３１２と外側ハウジング３４２との間に画定されるようにさらに組み込んでいる。

上流端３１４から下流の１つまたは複数の位置において、最小流路面積のスロート３３４を有するノズルまたは面積縮小部３３２を画定するように構成された内部バッフル３４０がシェル３１２内に配置される。シェル３１２は、スロート３３４のすぐ上流に１つまたは複数の補助入口３３８をさらに含む。

ノズル３３２および補助入口３３８は、動作中に追加の冷却剤を一次流に取り込むために、上記と実質的に同じ方法で動作する。１つの相違は、バイパスダクト３４４が存在することによって、取り込まれるべき流体のための画定された流路が設けられることである。したがって、一次流体は上流端３１４において分割され、そのような部分「Ｆ５」はチューブバンドル３１８を通過し、別の部分「Ｆ６」は取り込まれるために使用される。図６に示されるようなバイパスダクトは、本明細書に記載される他のエントレインメント概念のうちのいずれかと共に使用されてもよいことに留意されたい。

図７は、エントレインメント原理を用いた別の例示的な熱交換器４００を示している。熱交換器４００は、上述の熱交換器２００と構造が類似しており、入口４２０を画定する上流端４１４と、出口４２２を画定する下流端４１６とを有するシェルまたはハウジング４１２を含む。シェル４１２は壁４２４によって画定されている。複数のチューブ４１８がシェル４１２を横切って延伸する。

上流端４１４から下流の１つまたは複数の位置において、スロート４３４を有するノズルまたは面積縮小部４３２を画定するように構成された内部バッフル４４０がシェル４１２内に配置される。シェル４１２は、スロート４３４のすぐ上流に１つまたは複数の補助入口４３８をさらに含む。

ノズル４３２および入口４３８は、動作中に追加の冷却剤を一次流に取り込むために、上記と実質的に同じ方法で動作する。

熱交換器４００は、弁および／または可動バッフルなどのエントレインメントフローを調節するためのフロー制御装置を含む。例えば、熱交換器４００は、１つまたは複数の制御可能弁４４６を組み込んでもよい。各制御可能弁４４６は、補助入口４３８のうちの１つのすぐ上流に配置されている。制御可能弁４４６が開いているとき、ノズル４３２を通過する一次流は追加の流体流を取り込むための駆動力を提供する。制御可能弁４４６が閉じられると、駆動力はなくなり、外部の冷却剤は取り込まれない。制御可能弁４４６は、所望に応じて流れを調節するために中間位置に設定されてもよい。別の例として、バッフルのうちの１つまたは複数が可動であってもよい。例えば、バッフル４４０’は点４４８において関節運動するように示されており、バッフル４４０’は、例えば１つまたは複数のアクチュエータ（図示せず）を用いて様々な位置間で選択的に動くことができる。バッフル４４０’が図７に示すような位置にあるとき、ノズルスロート４３４を通過する一次流は追加の流体流を取り込むための駆動力を提供する。バッフル４４０’は、この位置の内側に旋回させることができ、かつ／または駆動力を低減または排除するためにスロート４３４の領域を開くために「平坦化」がなくなる。代替的に、ノズル４３２を通る流れを効果的に遮断するために、それを極端な外側位置に旋回させることができる。

制御可能弁４４６または可動バッフル４４０’を使用して、様々な目的のためにエントレインメントフローを調節することができる。一例として、航空機ガスタービンエンジンにおいて使用される場合、高高度の巡航のような、（冷却剤の一次流がより低い温度であるため）冷却剤のエントレインメントが要求されない状況が発生し得るが、グランドアイドルなどのより厳しい条件においては、エントレインメントが要求される。例えば、一次冷却剤流が、エンジン運転サイクルにとって費用がかかる圧縮機抽気である場合には、一次冷却剤流を調節することも可能である。例えば、一次流抽気の量は、熱伝達効率を改善するためにエントレインメント機能を作動させることによって減少させることができる。

この調節原理は、低いアスペクト比を有する熱交換器および／または単一のバンクまたは段のチューブのみを有する熱交換器を含む、様々なタイプの熱交換器と共に使用することができる。例えば、図８は、エントレインメント原理を用いた別の例示的な熱交換器５００を示している。熱交換器５００は、シェル５１２の内部を横切って延伸する複数のチューブ５１８を有するシェルまたはハウジング５１２を含む。

チューブ５１８の上流では、スロート５３４を有するノズルまたは面積縮小部５３２を画定するように構成された内部バッフル５４０がシェル５１２内に配置される。シェル５１２は、スロート５３４のすぐ上流に１つまたは複数の補助入口５３８をさらに含む。

ノズル５３２および補助入口５３８は、それらの動作がチューブ５１８の一部だけに影響を与えるように構成される。図示の例では、ノズル５３２および補助入口５３８は、それらが外側チューブ５１８に影響を及ぼすが内側または中央に位置するチューブ５１８には影響を与えないように、シェル５１２の横方向境界に隣接して配置される。

各制御可能弁５４６は、補助入口５３８の各々のすぐ上流に配置されている。制御可能弁５４６が開いているとき、ノズル５３２を通過する一次流は追加の流体流を取り込むための駆動力を提供する。制御可能弁５４６が閉じられると、駆動力はなくなり、外部の冷却剤は取り込まれない。

本明細書に記載されている熱交換器は、従来技術の熱交換器にまさる多数の利点を有する。特に、それらは所望の熱伝導率を達成するために必要とされる冷却剤の量を減少させる可能性を有する。ガスタービンエンジンの文脈では、これは抽気流要件を低減し、熱交換器の重量を低減する可能性を提供する。このエントレインメントの概念はまた、熱交換器の物理的な大きさを決定づける１つの機器の「最悪の場合」の動作条件を防ぐために実施することもできる。

本明細書に記載の熱交換器のさらなる使用事例は、境界層制御を提供することである。例えば、図９は、壁１２４の１つが、外壁１５４と協働して流路１５２の一部分を画定する内壁１５０に隣接して配置されたシェル１１２を画定する、図３の熱交換器１００を示す。任意選択的に、内壁１５０および壁１２４は単一の一体構造であり得る。この流路１５２は、例えば、ガスタービンエンジン内のファンバイパスダクトを表すことができ、または代替的に、（外壁１５４なしで）オープンロータガスタービンエンジン内のファン流路面などの流路面を表すことができる。

動作中、第１の流体の一次流「Ｆ７」は、上述のようにシェル１１２を通って流れる。第２の温度の第２の流体がチューブ１１８を通って流れる。

例えば上流のファン（図示せず）によって生成される流れ「Ｆ８」が、ダクト１５２を通過する。これはまた、第３の流体として説明することができ、第３の温度にある。それは一次流Ｆ７と同じソースから来てもよく、または来なくてもよい。境界層が、内壁１５０の表面に沿って存在する。この境界層流は、補助入口１３８を通って熱交換器１００内に取り込まれることになる。熱交換器１００を使用して、流れＦ８から空気を取り込むことによって、境界層制御機能が提供され、ファンの推力効率が改善する。

本明細書に記載の概念は、任意の熱交換器構成に適用可能であることに留意されたい。例えば、様々なチューブ断面形状およびチューブピッチ、ならびに、フィン、ピン、リブ、乱流促進構造などのような様々な熱伝達促進機構を採用することができる。

さらに、例えば流れおよび圧力降下を制御する目的で、本明細書に記載の熱交換器のチューブおよびシェルの両方に様々な断面形状を採用することができることに留意されたい。例えば、より良好な流れ制御のために、上述のチューブのバンクをノズルの近くで縮小することができる。

以上、熱交換器について説明した。本明細書（任意の添付した特許請求の範囲、要約、および図面を含む）で開示した特徴のすべて、および／または開示した任意の方法もしくは処理のステップのすべては、そのような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。

本明細書（任意の添付した特許請求の範囲、要約、および図面を含む）に開示した各特徴は、特に明記しない限り、同一、等価、または類似の目的を提供する代替的な特徴に置き換えることができる。したがって、特に明記しない限り、開示した各特徴は、等価または類似の特徴の一般的な系列のうちの一例にすぎない。

本発明は、上述した実施形態の詳細に限定されるものではない。本発明は、本明細書（任意の添付の新規な点、要約、および図面を含む）に開示した特徴のうちの任意の新規なもの、または任意の新規な組み合わせ、あるいは開示した任意の方法もしくは処理のステップのうちの任意の新規なもの、または任意の新規な組み合わせに及ぶ。
［実施態様１］
熱交換装置（１００，２００，３００，４００，５００）であって、
上流端（１１４、２１４、３１４）の入口（１２０、２２０、３２０、４２０）から下流端（１１６、２１６、３１６、４１６）の出口（１２２、２２２、３２２、４２２）まで流動長にわたって延伸し、第１の流体のための第１の流路を画定するシェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）と、
第２の流体のための第２の流路を画定する、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された構造体（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）と、
前記上流端（１１４、２１４、３１４）から下流に配置された前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内の少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）と、
前記少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）の下流に配置されているノズル（１３２，２３２，３３２，４３２，５３２）と
を備える、熱交換装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様２］
前記第２の流路が複数のチューブ（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）によって画定されている、実施態様１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様３］
前記チューブ（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）が前記流動長に沿って間隔を置いて配置された複数のバンドルにグループ分けされている、実施態様２に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様４］
前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）が前記入口（１２０、２２０、３２０、４２０）において特性寸法を有し、前記流動長を前記特性寸法で除算したアスペクト比が１以上である、実施態様１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様５］
前記ノズル（１３２，２３２，３３２，４３２，５３２）が、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）の離間した壁（１２４、２２４、３２４、４２４）によって画定されている、実施態様１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様６］
前記ノズル（１３２）のスロート（１３４）の上流で前記壁（１２４）の間に配置された中心体（１３６）をさらに備える、実施態様５に記載の装置（１００）。
［実施態様７］
前記ノズル（２３２，３３２，４３２，５３２）が、前記シェル（２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された１つまたは複数のバッフル（２４０、３４０、４４０、４４０’、５４０）によって画定されている、実施態様１に記載の装置（２００，３００，４００，５００）。
［実施態様８］
前記バッフル（２４０、３４０、４４０、４４０’、５４０）が穿孔されている、実施態様７に記載の装置（２００，３００，４００，５００）。
［実施態様９］
前記シェル（３１２）と外側ハウジング（３４２）との間にバイパスダクト（３４４）が画定されるように前記シェル（３１２）を囲む前記外側ハウジング（３４２）をさらに備える、実施態様１に記載の装置（３００）。
［実施態様１０］
前記ノズル（４３２）を通る流れを選択的に制御するように動作可能な流量制御装置をさらに備える、実施態様１に記載の装置（４００）。
［実施態様１１］
ガスタービンエンジンのための熱交換装置（１００，２００，３００，４００，５００）であって、
上流端（１１４、２１４、３１４）の入口（１２０、２２０、３２０、４２０）から下流端（１１６、２１６、３１６、４１６）の出口（１２２、２２２、３２２、４２２）まで流動長にわたって延伸し、第１の流体のための第１の流路を画定するシェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）であり、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）は前記入口（１２０、２２０、３２０、４２０）において特性寸法を有し、前記流動長を前記特性寸法で除算したアスペクト比は１以上である、シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）と、
流れ方向を横切って延伸し、第２の流体のための第２の流路を画定する、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置されている複数のチューブ（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）と、
前記上流端（１１４、２１４、３１４）から下流に配置された前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内の少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）と、
前記少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）の下流に配置されているノズル（１３２，２３２，３３２，４３２，５３２）と
を備える、熱交換装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様１２］
前記チューブ（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）が前記流動長に沿って間隔を置いて配置された複数のバンドルにグループ分けされている、実施態様１１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様１３］
前記ノズル（１３２，２３２，３３２，４３２，５３２）が、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）の離間した壁（１２４、２２４、３２４、４２４）によって画定されている、実施態様１１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様１４］
前記ノズル（２３２，３３２，４３２，５３２）が、前記シェル（２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された１つまたは複数のバッフル（２４０、３４０、４４０、４４０’、５４０）によって画定されている、実施態様１１に記載の装置（２００，３００，４００，５００）。
［実施態様１５］
前記シェル（３１２）と外側ハウジング（３４２）との間にバイパスダクト（３４４）が画定されるように前記シェル（３１２）を囲む前記外側ハウジング（３４２）をさらに備える、実施態様１１に記載の装置（３００）。
［実施態様１６］
前記入口（１３８）が、流路（１５２）を画定する壁（１２４）と流体連通するように配置されている、実施態様１１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
［実施態様１７］
前記流路（１５２）がガスタービンエンジンのファンバイパスダクトである、実施態様１６記載の装置（１００）。
［実施態様１８］
熱交換器（１００，２００，３００，４００，５００）を動作させる方法であって、
上流端（１１４、２１４、３１４）の入口（１２０、２２０、３２０、４２０）から下流端（１１６、２１６、３１６、４１６）の出口（１２２、２２２、３２２、４２２）まで流動長にわたって延伸するシェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）を通じて第１の温度の第１の流体の一次流を流すステップと、
一方の流体から他方の流体に熱が伝達されるように、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された構造体（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）を通じて、前記第１の温度とは異なる第２の温度の第２の流体を流すステップと、
前記上流端（１１４、２１４、３１４）から下流に配置されている前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内の少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）を通じて、流体の二次流を前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に取り込むステップと
を含む、方法。
［実施態様１９］
前記二次流を取り込むための駆動力を提供するように、前記補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）の下流に配置されたノズル（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）を通して前記一次流を流すステップをさらに含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記ノズル（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）を通る流れを選択的に遮断することによって前記二次流を調節するステップをさらに含む、実施態様１９に記載の方法。
［実施態様２１］
前記流動長に沿って離間された複数の位置において前記二次流を前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に取り込むステップをさらに含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２２］
前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）が流動面積を有し、前記流動長を前記流動面積で除算したアスペクト比が１以上である、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２３］
前記二次流が、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）の外部の流路を流れる第３の温度の第３の流体の境界層領域から引き出される、実施態様１６に記載の方法。

１０従来技術の熱交換器
１２シェル、ハウジング
１４上流端
１６下流端
１８チューブ
１００熱交換器
１１２シェル、ハウジング
１１４上流端
１１６下流端
１２０入口
１２２出口
１２４壁
１２６入口ダクト
１２８戻りマニホールド
１３０出口ダクト
１３２ノズル、面積縮小部
１３４スロート
１３６中心体
１３８補助入口
１５０内壁
１５２流路、ダクト
１５４外壁
２００熱交換器
２１２シェル、ハウジング
２１４上流端
２１６下流端
２１８チューブ
２２０入口
２２２出口
２２４壁
２３２ノズル、面積縮小部
２３４スロート
２３８補助入口
２４０内部バッフル
３００熱交換器
３１２シェル、ハウジング
３１４上流端
３１６下流端
３１８チューブバンドル
３２０入口
３２２出口
３２４壁
３３２ノズル、面積縮小部
３３４スロート
３３８補助入口
３４０内部バッフル
３４２外側ハウジング
３４４バイパスダクト
４００熱交換器
４１２シェル、ハウジング
４１４上流端
４１６下流端
４１８チューブ
４２０入口
４２２出口
４２４壁
４３２ノズル、面積縮小部
４３４ノズルスロート
４３８補助入口
４４０内部バッフル
４４０’ 可動バッフル
４４６制御可能弁
５００熱交換器
５１２シェル、ハウジング
５１８外側チューブ
５３２ノズル、面積縮小部
５３４スロート
５３８補助入口
５４０内部バッフル
５４６制御可能弁

Claims

熱交換装置（１００，２００，３００，４００，５００）であって、
上流端（１１４、２１４、３１４）の入口（１２０、２２０、３２０、４２０）から下流端（１１６、２１６、３１６、４１６）の出口（１２２、２２２、３２２、４２２）まで流動長にわたって延伸し、第１の流体のための第１の流路を画定するシェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）と、
第２の流体のための第２の流路を画定する、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された構造体（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）と、
前記上流端（１１４、２１４、３１４）から下流に配置された前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内の少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）と、
前記少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）の下流に配置されているノズル（１３２，２３２，３３２，４３２，５３２）と
を備える、熱交換装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
前記第２の流路が複数のチューブ（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）によって画定されている、請求項１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
前記チューブ（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）が前記流動長に沿って間隔を置いて配置された複数のバンドルにグループ分けされている、請求項２に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）が前記入口（１２０、２２０、３２０、４２０）において特性寸法を有し、前記流動長を前記特性寸法で除算したアスペクト比が１以上である、請求項１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
前記ノズル（１３２，２３２，３３２，４３２，５３２）が、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）の離間した壁（１２４、２２４、３２４、４２４）によって画定されている、請求項１に記載の装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
前記ノズル（１３２）のスロート（１３４）の上流で前記壁（１２４）の間に配置された中心体（１３６）をさらに備える、請求項５に記載の装置（１００）。
前記ノズル（２３２，３３２，４３２，５３２）が、前記シェル（２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された１つまたは複数のバッフル（２４０、３４０、４４０、４４０’、５４０）によって画定されている、請求項１に記載の装置（２００，３００，４００，５００）。
前記シェル（３１２）と外側ハウジング（３４２）との間にバイパスダクト（３４４）が画定されるように前記シェル（３１２）を囲む前記外側ハウジング（３４２）をさらに備える、請求項１に記載の装置（３００）。
前記ノズル（４３２）を通る流れを選択的に制御するように動作可能な流量制御装置をさらに備える、請求項１に記載の装置（４００）。
熱交換器（１００，２００，３００，４００，５００）を動作させる方法であって、
上流端（１１４、２１４、３１４）の入口（１２０、２２０、３２０、４２０）から下流端（１１６、２１６、３１６、４１６）の出口（１２２、２２２、３２２、４２２）まで流動長にわたって延伸するシェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）を通じて第１の温度の第１の流体の一次流を流すステップと、
一方の流体から他方の流体に熱が伝達されるように、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に配置された構造体（１１８，２１８，３１８，４１８，５１８）を通じて、前記第１の温度とは異なる第２の温度の第２の流体を流すステップと、
前記上流端（１１４、２１４、３１４）から下流に配置されている前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内の少なくとも１つの補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）を通じて、流体の二次流を前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に取り込むステップと
を含む、方法。
前記二次流を取り込むための駆動力を提供するように、前記補助入口（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）の下流に配置されたノズル（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）を通して前記一次流を流すステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
前記ノズル（１３８、２３８、３３８、４３８、５３８）を通る流れを選択的に遮断することによって前記二次流を調節するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
前記流動長に沿って離間された複数の位置において前記二次流を前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）内に取り込むステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）が流動面積を有し、前記流動長を前記流動面積で除算したアスペクト比が１以上である、請求項１０に記載の方法。
前記二次流が、前記シェル（１１２，２１２，３１２，４１２，５１２）の外部の流路を流れる第３の温度の第３の流体の境界層領域から引き出される、請求項１０に記載の方法。