JP2927367B2

JP2927367B2 - 環状熱交換器用の熱拘束装置

Info

Publication number: JP2927367B2
Application number: JP3513281A
Authority: JP
Inventors: チャールズティーダラフ
Original assignee: Solar Turbines Inc
Current assignee: Solar Turbines Inc
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1999-07-28
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: EP0530324A1; EP0530324B1; US5082050A; AU8299491A; JPH05507551A; WO1991019153A2; CA2081099A1; WO1991019153A3

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は一般的には熱交換器に関し、特に、環状の熱
交換器の構造に関する。

背景技術多くのガスタービンエンジンには、排気ガスからの熱
の抽出及び取入れ空気の予熱によりエンジンの作動効率
を上げるために、回収熱交換器即ちレキュペレータが使
用されている。代表的には、ガスタービンエンジン用レ
キュペレータは、始動と停止のサイクルの反復を含む作
動状況の下で、摂氏約500度乃至700度の温度と約450kPa
乃至1400kPaの内部圧力で作動することができなければ
ならない。

かかる環状レキュペレータは、ある角度に折り曲げら
れた或いは波形のスペーサをその間に固着した複数の比
較的薄い平らなシートから通常構成されるコアを備えて
いる。前記シートはセル内に接合されて両縁部が封止さ
れ、シートの間に通路を形成する。これらのセルは重ね
られ或いは巻装されて、交互の空気セルと高温排気セル
を形成する。エンジンの圧縮機から圧縮され排出された
空気は前記空気セルを通過する一方、高温排気ガスが他
方のセルを通して流れる。排気ガスはシート及びスペー
サを加熱し、圧縮機から排出された空気はシート及びス
ペーサからの伝導により加熱される。

かかるレキュペレータの一例は、1966年11月15日付け
でL.R.ウォシカに付与された米国特許第3285326号に開
示されている。かかる装置では、レキュペレータは、軸
線から間隔をおいて配置されると共にその間に波形のス
ペーサを置いて軸線なまわりに巻装された一対の比較的
薄いプレートを有する。空気の流れは一方の端部から入
り反対側の端部から出るが、排気ガスの流れは空気の流
れとは反対方向へ流れそれぞれの反対側の端部から出入
りする。かかる装置に係る問題点の一つは、十分な効率
が得られないこと、及び、最終的な組立ての前に通路の
点検や検査ができないことである。

かかるレキュペレータのもう一つの例は、1967年７月
28日付けでL.R.ウォシカに付与された米国特許第350711
5号に開示されている。かかる装置では、レキュペレー
タは、中空の円筒形内側シェルと、同軸の外側シェルと
を有し、シェルは、何枚かの波形のシート上に巻装され
て一連の波形の空気コアと燃焼ガスコアとを形成するコ
ンボリュート（回旋）形の分離シートにより分離されて
いる。より高温のガスやより低温の空気との間での伝達
を増加させるために、波形のシートは分離シートに金属
的に接着されており、これにより、効率の増加を図って
いる。かかる装置に係る問題点の一つは、十分な効率が
得られないこと、及び熱交換器の最終組立ての前に個々
の通路の点検や検査ができないことである。更に、同軸
の外側シェルは、一方の側がレキュペレータの温度に晒
され、他方の温度が環境温度に晒されている。かくし
て、レキュペレータはその始動、停止により膨張したり
収縮したりするので、コンボリュート形の分離シートと
波形のシートと同心の外側シェルとの接合点でコア内に
引き起こされる熱応力や歪みは大きく変動し、構造の耐
用年数を減少される。

かかるレキュペレータの別の例は、1966年６月14日付
けでポール E.ビーム,Jr.他に付与された米国特許第32
55818号に開示されている。かかる装置では、単純なプ
レート構造が、円筒形の内側ケーシングと、共通の軸線
を有する環状の外側ケーシングとを備えている。半径方
向に配置されたプレートは、より低温の液体とより高温
の液体とを交互に流す通路Ａ及びＢを形成する。熱交換
器の軸線に向かって幅が徐々に狭くなっている波形のプ
レートは通路Ａに配置され、又軸線に向かって幅が徐々
に広くなっている波形のプレートは通路Ｂに配置され
る。かかる装置に係る問題点の一つは、十分な効率が得
られないことである。更に、環状の外側ケーシングは一
方の側がレキュペレータの温度に晒され、他方の側が環
境温度に晒されている。かくして、レキュペレータが始
動、停止により膨張したり収縮したりするので、半径方
向に配置されたプレートと外側ケーシングとの間の接合
点でコアに引き起こされる熱応力や歪みは大きい変動
し、構造の耐用年数を減少させる。

環状レキュペレータ或いは再生用熱交換器のもう一つ
の例は、1969年11月４日付けでR.W.ガーンゼイ他に付与
された米国特許第3476174号に開示されている。かかる
装置では、半径流再生用熱交換器は、多数の重畳した薄
い波形の板金ストリップ或いはシムにより形成された複
数の熱伝達セグメントを有する。熱伝達セグメントは補
剛材の間に取り付けられ、ブリッジが複数の切欠きに位
置決めされて熱伝達セグメントに固定される。かくし
て、再生用熱交換器は、半径流をもたらすが熱交換領域
全体を効率よく利用することができない。例えば、補剛
材及びブリッジは、熱伝達の目的のために利用され得る
領域に位置決めされている。更に、構造のコスト及び複
雑性は、切欠きと調節ビームの複雑な形状の故に大いに
増大する。

熱交換器の構造の他の例は、1973年９月18日付けでハ
リーJ.ドーソン他に付与された米国特許第3759323号に
開示されている。一次表面プレート型熱交換器の構造が
示されており、シートを離間させる複数のエッジバーを
有して次々に積み重ねられた複数の平らなシートが使用
されている。多数のシートが、その間にエッジバーをは
さんで対をなして積み重ねられ、所望の寸法の熱交換器
のコアを形成している。

熱交換器の更に別の例は、熱均衡拘束装置を備えてお
り、1987年10月６日付けでチャールズ T.ダラフ他に付
与された米国特許第4697633号に開示されている。一次
表面熱交換器は、高温流体流動通路を通して伸張する複
数のタイロッドにより互いに保持される複数の個別のセ
ルで構成され、コアを互いに連結する端ビームに連結さ
れた両端を有する。

熱交換器のもう一つの例は、1979年４月19日付けでシ
ーグフリードフォスター他に付与された英国特許第2005
355−Ａ号に開示されている。ガスタービンエンジン排
気管から圧縮空気に熱を伝達するためのセラミック製再
生向流熱交換器要素が開示されている。要素は、共通軸
線を中心としてリング状に分配されている。要素の各々
は、端面の間にその長さに沿って多数の流れチャンネル
を有する。要素は、外側ハウジングに対して要素の外側
側面を支持する複数の保持部材によって共通軸線を中心
として一様に位置決めされている。

熱交換器のもう一つの例は、1978年11月14日付けでケ
ルフォシュングサラジユリヒゲゼルシャフトミッ
トベシュランクテルハフトゥングに付与された仏国
特許第2384113−Ａ号に開示されている。熱交換器は、
共通軸線を中心として略三角形状に配置された複数の熱
交換器要素を含む。要素はハウジング内に位置決めさ
れ、複数のばね負荷されたブロックによってハウジング
に対して所定位置に保持されている。

本発明は上述のような問題点の一つ又はそれ以上を克
服することを目的とする。

発明の開示本発明の一つの観点によれば、熱交換器は、内部に複
数の熱受容通路と複数の熱供与通路とを有するコアを備
えている。コアは、内部に前記通路の一方を各々構成す
るインボリュート形状の複数の一次表面セルを有する。
セルは互いに固定されて概して環状のコアを形成し、隣
接したセルが前記通路の他方を形成する。コアは更に内
側部分と外側部分を有する。前記熱供与通路の各々は作
動中内部に供与流体を有すると共に、前記熱受容通路の
各々は作動中内部に受容流体を有する。本発明は、作動
中、前記供与流体が第一の作動圧力及び力を及ぼすと共
に、前記受容流体が前記通路内で第二の作動圧力及び力
を及ぼすことを特徴とする。前記作動圧力及び力は前記
通路を分離させようとする。熱交換器は更に通路を分離
させようとする力に抵抗する手段を備えている。前記抵
抗手段の少なくとも一部は前記コアの外側部分のまわり
に位置決めされており、前記抵抗手段全体は全体的に供
与流体と直接熱伝達関係にある。

本発明のもう一つの開示によれば、熱交換器は、異な
る温度の流体を収容する複数の第一及び第二の通路を有
すると共に多くの部品から形成したコアを含む。本発明
は、前記流体が、前記熱交換器の部品に異なる圧力を及
ぼすことを特徴とする。熱交換器は、前記流体のもう一
方だけの温度に応答して膨張、収縮し、前記熱交換器の
小片にかかる所定の力を維持する手段を更に備える。

図面の簡単な説明図１は、本発明の実施例と共に使用されるエンジンア
ダプタの一部の斜視図、図２は、熱交換器及びエンジンの一部の断面図、図３は、中心軸線を通って切断された部分断面図であ
り、リング端部の接合部及びそこに取り付けた補強ロッ
ドを示した図、図４は、図３の線４−４に沿って切断した断面図、図５は、中心軸線を通って切断された部分断面図であ
り、環状に取り外し可能に取り付けたリング端部の別の
接合部を示した図、図６は、図２の線５乃至５に沿って切断した複数のセ
ルの拡大断面図、図７は、一次表面プリーツシートの展開図であって、
コアの複数の角部に対応するシート上の複数の角部を示
した図、図８は、コアの一部の詳細図であって、コア上の溶接
部の一部を示した図。

発明の実施するための最良の態様図面、特に図１、図２及び図５を参照すると、回収熱
交換器即ちレキュペレータ10がエンジン12に取り付けら
れている。本実施例に係るエンジン12は、一部のみを図
示した吸気装置14を備えたガスタービンエンジンであ
る。吸気装置14は、その一部として、所定の温度範囲を
有して矢印16により示した受容流体を有する。エンジン
12は、更に、一部のみを図示した排気装置18を備えてい
る。排気装置18は、その一部として、所定の温度範囲を
有して矢印20により示した供与流体を有する。受容流体
16の温度範囲は、供与流体20の所定の温度よりも低い。
別の方法として、熱交換器10は、受容流体16及び供与流
体20を有すると共に熱伝達が適切になされる装置と併用
してもよい。熱交換器10は、所定の熱膨張率を有して多
くの部品からなるコア22を備えている。コア22は、概し
て環状であり、一対の端部24及び26を有する。熱交換器
10は、前記エンジン12に取り外し可能に取り付けられて
いる。更にコア22は、内側部分27と外側部分28とを有す
る。熱交換器10は、本発明の主旨を変えることなくエン
ジン12に固定することもできる。コア22は、ほぼ中心軸
線29を中心に位置決めされ、複数の一次表面セル30から
なる。セル30は、インボリュート形状を有し、図５に最
も良く示したように、内部に複数の第一の通路即ち熱受
容／熱回収通路32を備えている。通路32は各々、その全
長に亘り所定の横断面積を有する。熱交換器10は更に、
各セル30内に位置決めされた入口通路36を有する。この
入口通路36は対応する通路32と流体連通し、受容流体16
が通路32に入る前にそこを通過するようになっている。
熱交換器10は又、各セル30内に出口通路34を有する。こ
の出口通路34は、対応する通路32と流体連絡し、受容流
体16が通路32を通過した後出口通路を通るようになって
いる。コア22は更に、図５に最も良く示したように、隣
接したセル30の間に、複数の第二の通路即ち熱供与通路
38を有する。熱交換器10は更に、概して各熱受容通路32
の内側に位置決めされた複数の入口通路40を備えてい
る。この入口通路40は個々の通路38と流体連通し、供与
流体20が通路38に入る前に入口通路を通過するようにな
っている。熱交換器10は又、概して各熱受容通路32の外
側に位置決めされた出口通路42を有する。この出口通路
42は、個々の通路38と流体連通し、供与流体20が通路38
を通過した後出口通路を通るようになっている。熱受容
通路32は吸気装置14に連結され、熱供与通路38は排気装
置18に連結されている。

熱交換器10は更に、受容流体16を入口通路36に配分す
る手段44と、出口通路34を通過した後の受容流体16を収
集する手段50とを備えている。熱変換器10の一部である
ハウジング56は、部分的にコア22を囲んでいる。ハウジ
ング56は、略円筒形の外装板60と、端板62と、エンジン
12に取り付けるための取付アダプタ64とを有する。ま
た、取付アダプタ64又はハウジング56を、エンジン12の
一部としてもよい。複数の締付ボルト66により、端板62
と取付アダプタ64を相互に連結し、ハウジング56の剛性
を増している。

作動中、供与流体20は、入口通路40と熱供与通路38と
出口通路42とを通過し、図７に最も良く示したように、
矢印68により示した第一の作動圧力即ち作動力をこれら
の通路40、38、42内で生起する一方、受容流体16は、入
口通路34と熱受容通路32と出口通路36とを通過し、図７
に最も良く示したように、矢印70により示した第二の作
動圧力即ち作動力をこれらの通路34、32及び36内で及ぼ
す。第一及び第二の作動圧力68、70の大きさは異なり、
セル30を分離させようとする力の組み合わせを生じる。
熱交換器10は更に、セル30を分離させようとする力に抵
抗する手段即ち膨張及び収縮手段72と、密封手段74とを
有する。密封手段74により、供与流体20と受容流体16と
がそれぞれ確実にコア22を通過するようにしている。膨
張及び収縮手段72は、流体16、20のうち高い方の温度に
のみ応答して熱交換器10にかかる所定の力を維持してい
る。

図１及び図２に一部のみ示したガスタービンエンジン
12は、在来型のものであり、清浄な空気（本実施例では
受容流体16）がコア22に入る前に通過する圧縮機部（図
示せず）と、出力タービン部（図示せず）と、高温排気
ガス（本実施例では供与流体20）がコア22に入る前に通
過する排気装置18（一部のみ図示）とを有する。

エンジン12の図２に一部示した吸気装置14は、更に、
複数の入口80と複数の出口82（各々一つずつ図示）を有
し、それらの出入口を受容流体16が通過する。

図５、図６及び図７に最も良く示したように、コア22
は、互いに積み重ねられて固定された複数の一次表面セ
ル30を有する。各セル30は、複数の個別の一次表面プリ
ーツシート100と、シート100を所定の間隔で配置する間
隔手段102とを有する。各シート100及び各間隔手段102
は、インボリュート形状に曲げられ形成されている。各
シート100は、３つの主要な部分から成る。例えば波形
の即ち一次表面中央部分104は略台形であり、一対の翼
部分106及び108も又、略台形である。間隔手段102は、
コア22の内側部分27にのみ位置決めされた所定の厚さを
有する複数のスペーサバー138を備えている。これらの
構成部品は互いに溶接されてインボリュート形状を保持
し、入口通路34と、熱受容通路32と、出口通路36とを形
成する。個々のセル30は、コア22に組み込まれる前に、
溶接と構成部品の品質を保証するために圧力検査を受け
る。

図６に最も良く示したように、各シート100は、複数
の角部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆを有する。シート100
の角部は、各々のセル30の角部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及び
ｆに対応する。各セルの対応する角部は、整列されて他
の一つのセル30に接するように積み重ねられ、又対応す
る翼部106及び108に隣接するように配置される。積重ね
セル30は、その縁部の一部に沿って複数の円周方向溶接
部170を有する固定手段120により固定される。これによ
り、環状に配列され積み重ねられたセル30を固定する。
セル30の複数の角部の各々は、コア22が互いに溶接され
る複数の角部を有する。図６及び図７に最も良く示した
ように、次々のセル30の外周の一部は接合されて、入口
通路40と、熱供与流体通路38と、出口通路42とを形成す
る。

特に本実施例においては、円周方向溶接部170の一部
を、角部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆの各々を溶接するた
めに使用している。コア22の内側部分27は所定の周長を
有し、コア22の外側部分28も又所定の周長を有する。コ
ア22の内側部分27の所定の周長は、複数の直線距離D1か
ら構成される。距離D1はそれぞれ、コア22の内側部分27
で各シートのそれぞれの側から測定する。セル30のイン
ボリュート形状のため距離D1より大きい距離D2は、コア
22の外側部分28で各シートのそれぞれの側から測定す
る。距離D1を組合せ或いは累加により、内側部分27の所
定の周長となり、又距離D2を組合せ或いは累加により、
コア22の外側部分28の所定の周長となる。

図１及び図２に最も良く示したように、セル30及びそ
の間の通路38を分離させようとする力に抵抗する手段72
即ち膨張及び収縮手段72は、コア22の外側部分28のまわ
りに位置決めされると共に均等に間隔をへだてて配置さ
れた複数の個別のテンションリング180と、コア22の内
側部分27に整列させたスペーサバー138を円周方向に連
結する複数の溶接部182とを有する。それらの複数の円
周方向溶接部182及びスペーサバー138は、複数の圧縮フ
ープ184を形成する。圧縮フープ184はコア22の内側部分
27に沿って等間隔で離間され、セル30の各々が互いに力
伝達関係にあることができるようにする。本実施例にお
いては、３つの溶接部182或いは圧縮フープ184が使用さ
れるが、代わりに、通路40を通しての流れが過度に制限
されなければ、溶接部或いは圧縮フープはいくつ使用し
てもよい。複数のテンションリングの180各々は、コア2
2の外側部分28と接触している。これらのテンションリ
ング180は、コア22の熱膨張率に密接に調和した熱膨張
率を有する。抵抗手段72全体は、全体的に供与流体20と
熱伝達関係にあり、その結果、コア22と抵抗手段72の熱
膨張は同一の熱変動により作用し合い、抵抗手段72及び
コア22による膨張率、収縮率はともに略等しくなる。本
実施例においては、９つのテンションリング180を使用
している。代替例（図示せず）としては、一本のワイヤ
或いはロッドを、コア22の周囲に間隔を空けて螺旋状に
巻き付けてもよく、これにより通路32、24、26と通路3
8、40、42とを分離させようとする力に抵抗する。

図３及び図４に最も良く示すように、各々のテンショ
ンリング180はそのリングの全長に亘り一定の等しい断
面積を有する。各リング180は環状で、所定の一定した
直径を有する。また、各テンションリング180の横断面
及び間隔は異なってもよく、輪郭形状も正方形或いは六
角形等でもよい。本実施例では各テンションリング180
は、「インコネル718」鋼のストレートロッドから形成
されて約６ミリメートル（6mm）の直径即ち厚さを有す
る。ロッドは巻き付けられて永久的に連続リング構造に
取り付けられる。。ロッドは一対の端部186を有し、両
端部は互いに溶接される。一本の補強ロッド188を両端
部186から等しい距離に亘って設け、溶接により各リン
グ180に固定する。各リング180は加熱されて円周上に膨
張し、前記コア22上に組み付けられるので、それらのリ
ングが冷却され収縮すると前記セル30に圧力を及ぼして
それらを互いに保持する。（図５に最も良く示したよう
に、代替例として、リング180は連続リング構造に取り
外し可能に取り付けてもよい。例えば、一対の取付フラ
ンジ190を、各端部186に取り付けてもよい。フランジ19
0は、一対の端部192及び各端部192に設けられた貫通孔1
94を有する。半径方向溝196が、フランジ190の各々に設
けられている。一つのフランジ190の半径方向溝196は、
各リング180の一つと接触関係に位置決めされ、溶接等
により各リング180の端部186の一方の近くに固定され
る。リング180の所定の部分は、フランジ190の端部192
の一方を越えて延びている。もう１つのフランジ190は
同じリング180と接触関係に位置決めされ、溶接等によ
りリング180の他方の端部186の近くに固定される。リン
グ180のこの端部186は、フランジ190の一方の端部192か
ら内側に所定の間隔を置いて配置されている。かくし
て、フランジ190は、リング180の両端部186が半径方向
溝196内に位置して両端部192が整列するようにボルトと
ナット或いはねじ付ロッドと一対のナットなどの留め具
198で互いに固定される。留め具198は、リング180が適
当な所定の力をコア22にかけるように締めつけられる。
試験測定によれば、第一及び第二の作動力68と70の組合
せに抵抗するために個々のリング内で必要とされる所定
の力は、約19,000N（ニュートン）である。更に分析す
れば、19,000Nに満たない力では個々のセル30及びその
間の通路38、40、42が分離されコア22の早期不良や漏電
が起こりやすくなる。更に、約32,000Nを越える力で
は、シート100の両縁部を縮れさせ歪みを起こさせて、
出口通路42の部分的に閉じるので熱交換器10の効率を下
げることになる。

図２に最も良く示したように、密封手段74の一部に
は、コア22に入る前の冷却受容流体とコア22を出た後の
加熱受容流体との間に、マニホルド200が設けられてい
る。受容流体16を囲う装置202は、内側部分204及び外側
部分206とを有し、ハウジング56の端板62に接するコア2
2の一方の端部を保持するための付勢手段208として機能
する。図２に最も良く示したように、密封手段74は更
に、供与流体20が前記コアを通過するように、その一部
が排気装置18を密封するようになっている。

産業上の利用可能性従来のガスタービンエンジン12の圧縮機部は、熱交換
器10の熱受容通路32を通過する空気或いは受容流体16を
圧縮する。エンジン12内の燃焼からくる排気ガス或いは
供与流体20は、熱交換器10の熱供与通路38を通過し、熱
交換器10内の受容流体16を加熱して温度を上げる。更
に、受容流体は燃料と混合されて燃焼し、供与流体とし
て排出される。このようにエンジン12の作動中には、絶
え間ないサイクルが発生する。

使用中は、概して摂氏約650度で周囲圧力をわずかに
越える供与流体20は、供与通路38を通過し、個々の一次
表面プリーツシート100を加熱する。同時に、圧縮機か
らの加圧された受容流体16は、一般的に摂氏約440度で
約1500kPaであり、入口通路36、受容通路32及び出口通
路34を通過する。そこで、受容流体16が個々の一次表面
プリーツシートにより加熱される。供与通路内の第二の
作動圧力及び力70と、受容流体通路32内の第一の作動圧
力及び力68は、個々のセル30及びその間の通路38、40、
42とを分離させようとする。

自動車或いは船舶などに適用した場合には、始動、ア
イドリング、加速及び停止というエンジン12の循環作動
中、熱交換器10は、熱交換器10を通過する熱の増減にと
もなって、コア22の外側部分28及び内側部分27の寸法が
変化する。テンションリング180及び圧縮フープ184も
又、熱膨張の特性が略等しいので、熱交換器10の寸法変
化に略等しくその寸法が増減する。第一及び第二の圧力
又は力68、70は、各セル30のインボリュート形状をまっ
すぐに伸ばそうとする。かくして、テンションリング18
0及び圧縮フープ184は、それらのセル30及びその間の通
路38、40、42を分離させようとする前記力に抵抗する。
リング180及びリング184は、個々のセル30及びその間の
通路38、40、42が膨らんだり分離したりするのを防ぐ。
最初の組立て時には、リング180が摂氏約300度の所定温
度まで加熱されるので、それらは寸法を増してコア22の
外側部分28からすべり落ちる可能性がある。それらのリ
ング180のうち９個は、コア22の外側部分28に沿って均
等な間隔を置いて配設されており、冷却されて寸法も減
少するようになっている。リング180は、それらのリン
グ180及びコア22が大気圧で加熱されない状態にあると
き、そのコア22に約1500Nの力が加わるように寸法決め
される。コア22及びテンションリング180の加熱と冷却
の循環の間、コアの外側部分28及びリング180は、着座
して不変の位置形状を呈する。

リング180の寸法及び材料は、特にコア22のそれと密
接に調和した熱膨張特性を有するように選択され、その
結果、コアにかかる力は、熱交換器の加熱、冷却循環の
間、所定の範囲内にとどまる。前記「インコネル718」
のリング180の熱膨張係数は、「アロイ230」のコアより
もわずかに下回るので、コアの外側部分28にかかる力
は、コア22の加熱の間わずかに増加する。しかしなが
ら、その力は「アロイ230」のシート100の圧縮力より相
当低いので、その力の増加によりコアが影響を受けるこ
とはない。「インコネル718」鋼は、優れた高温強度を
有すること及び設定温度範囲での変形が一切ないために
材料として選択された。

圧縮フープ184は、その内側に向かうコア22の膨張に
抵抗する。例えば、コア22の内側部分27は内側に向かっ
て伸びようとするが、セル30は内側部分27で接触関係に
あるので内側に向かう動きはほぼ完全に防止される。力
は、セル30の各々に吸収される。かくして、コア22の内
側部分27における直径は、殆ど一定に保たれる。互いに
接触関係にあるリング184、複数のスペーサ138およびセ
ル30の各々は、コア22の内側部分27に働く膨張力に抵抗
し、それらのセルが外側部分28へ向かう長さを増加させ
る。

上述したことに鑑みて、本発明の構造が、環状熱交換
器10のための熱的に均衡された改善されたリング拘束装
置72を提供していることは容易に明かである。装置72
は、全体的に供与流体20熱伝達関係にある。この装置は
使用、製造とも経済的である。又この装置により、コア
22内の複雑な溝の形状と、コア22の外側部分28での装置
の溶接作業とが不要となる。更に前記装置は、コア22自
体の熱応答とほぼ等しい熱応答を示す。かくして、熱的
に均衡されたリング180及び圧縮フープ184は、環状熱交
換器に使用される従来の外部拘束装置にかかる一時的な
熱応力を大幅に軽減する装置を提供する。

その他の特徴、目的及び利点は、明細書、図面及び添
付の請求の範囲の検討から明らかになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28D 1/00 - 13/00 F02C 7/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の熱受容通路（32）と複数の熱供与通
路（38）とを有するコア（22）を備えた熱交換器（10）
であって、前記コア（22）が、内部に前記通路（32、3
8）の一方を各々構成する複数の一次表面セル（30）を
有し、セル（30）が互いに固定されて概して環状のコア
（22）を形成し、隣接したセル（30）が前記通路（32、
38）の他方を形成し、コア（22）が更に内側部分（27）
と外側部分（28）を有し、前記熱供与通路（32）の各々
が作動中内部に供与流体（20）を有すると共に、前記熱
受容通路（38）の各々が作動中内部に受容流体（16）を
有する熱交換器（10）において、作動中、前記供与流体
（20）が第一の作動圧力及び力（68）を及ぼすと共に、
前記受容流体（16）が前記通路（38）内で第二の作動圧
力及び力（70）を及ぼし、前記作動圧力及び力（32、3
8）が前記通路（38）を分離させようとし、通路（32、3
8）を分離させようとする力に抵抗する手段（72）が設
けられており、前記抵抗手段（72）の少なくとも一部が
前記コア（22）の外側部分（28）のまわりに位置決めさ
れており、前記抵抗手段（72）全体が全体的に供与流体
（20）と直接熱伝達関係にあることを特徴とする熱交換
器（10）。
【請求項２】前記抵抗手段（72）は、前記コア（22）の
外側部分（28）のまわりにこれと接触して位置決めされ
た少なくとも一つのテンションリング（180）を含むこ
とを特徴とする請求の範囲第１項記載の熱交換器（1
0）。
【請求項３】前記コア（22）が所定の熱膨張率を有する
と共に、前記テンションリング（180）がそれぞれ前記
コア（22）の熱膨張率と密接に調和した熱膨張率を有す
ることを特徴とする請求の範囲第２項記載の熱交換器
（10）。
【請求項４】前記テンションリング（180）の各々は、
連続リング構造に永久的に取り付けられていることを特
徴とする請求の範囲第３項記載の熱交換器（10）。
【請求項５】前記テンションリング（180）の各々は、
連続リング構造に取り外し可能に取り付けられているこ
とを特徴とする請求の範囲第３項記載の熱交換器（1
0）。
【請求項６】前記抵抗手段（72）は、前記コア（22）の
外側部分（28）のまわりにこれと接触して位置決めされ
た等しい間隔をへだてて配置された複数の個々のテンシ
ョンリング（180）を含むことを特徴とする請求の範囲
第１項記載の熱交換器（10）。
【請求項７】前記コア（22）が所定の熱膨張率を有する
と共に、前記個々のテンションリング（180）がコア（2
2）の熱膨張率と密接に調和した熱膨張率を有すること
を特徴とする請求の範囲第６項記載の熱交換器（10）。
【請求項８】前記個々のテンションリング（180）が、
前記リング（180）の全長に亘り一定の断面積を有して
おり、個々のテンションリング（180）の各の断面積が
互いに等しいことを特徴とする請求の範囲第６項記載の
熱交換器（10）。
【請求項９】前記横断面が環状であり、所定の長さを有
することを特徴とする請求の範囲第８項記載の熱交換器
（10）。
【請求項１０】前記個々のテンションリング（180）
が、インコネル718鋼から形成されていることを特徴と
する請求の範囲第９項記載の熱交換器（10）。
【請求項１１】各リング（180）の所定の厚さが、約６
ミリメールであることを特徴とする請求の範囲第10項記
載の熱交換器（10）。
【請求項１２】前記抵抗手段（72）は、前記コア（22）
の外側部分（28）に位置決めされた圧縮フープ（184）
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の熱交換
器（10）。
【請求項１３】前記圧縮フープ（184）は、コア（22）
の内側部分（27）で互いに接触関係にあるセル（30）の
各々により形成されていることを特徴とする請求の範囲
第12項記載の熱交換器（10）。
【請求項１４】前記圧縮フープ（184）は、前記コア（2
2）の内側部分（27）で各セル（30）を半径方向に連結
する少なくとも一つの溶接部を含むことを特徴とする請
求の範囲第12項記載の熱交換器（10）。
【請求項１５】前記熱交換器が、ガスタービンエンジン
（12）と共に使用されることを特徴とする請求の範囲第
１項記載の熱交換器（10）。
【請求項１６】異なる温度の流体（16、20）を収容する
複数の第一及び第二の通路（32、38）を有すると共に多
くの部品から形成したコアを含む熱交換器（10）におい
て、前記流体（16、20）が、前記熱交換器（10）の部品
に異なる圧力（68、70）を及ぼし、熱交換器（10）が、
前記流体（32、38）のうち一方だけの温度に応答して膨
張、収縮し、前記熱交換器（10）の小片にかかる所定の
力を維持する手段（72）とを備えたことを特徴とする熱
交換器（10）。
【請求項１７】前記所定の力が、約1500N乃至19000Nま
での範囲にあることを特徴とする請求の範囲16項記載の
熱交換器（10）。