JP4358347B2 - 高熱線束再生回路の製造方法及び再生回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高熱流束再生回路を製造する方法に関し、該再生回路は、第１の流体と接触する内側作用表面と一組の通路とを有する構造体からなり、前記一組の通路は前記構造体の本体に形成され第２の流体を前記第１の流体と熱交換するよう搬送し、前記方法は、再使用可能な支持芯体の周りの熱噴霧作用と機械加工作用とを用い前記構造体を前記内側作用表面から形成することからなっている。
【０００２】
本発明はまた、ロケットエンジン燃焼室のような、前記方法によって得られた高熱流束再生回路に関する。
【０００３】
高熱流束再生回路を構成する構造体は、様々な背景、例えば、熱交換器、循環液体によって冷却されるタービン羽根、又は燃焼囲壁の壁に用いられる。
【０００４】
したがって、ロケットエンジン、特に液体推進剤を用いるエンジンの燃焼室とノズルのような燃焼囲壁は高熱媒体を構成する燃焼ガスと接触する壁を有し、この壁は一般に作動中に冷却される。
【０００５】
普通の冷却技術はこのような囲壁の壁に冷却通路を設けることにある。これは衛星発射機と宇宙船に、さらに高能率ボイラーに適用され、また熱遮蔽体又は高速で走行する乗物のノーズコーン（先端部）にも適用することができる。
【０００６】
特にロケットエンジンの分野においては、燃焼室の壁を製造するための種々の方法が提案されており、長手方向に延びる冷却通路を傾斜できるようにし、これら通路が、ロケットエンジンに供給するのに用いられる推進剤の成分の１つとすることのできる冷却流体を搬送し、それにより冷却装置が再生式装置となるようにしている。
【０００７】
このような燃焼室を製造する技術はしかし実施するのが困難であり、手間がかかり、高価である。
【０００８】
ある特別の用途においては、熱流体を囲壁の壁に形成された通路を介して循環させそれによりまた再生回路を構成することにより、冷たくなっている囲壁を加熱できるようにすることがまた有用である。
【０００９】
【従来の技術】
液体推進剤ロケットエンジンのための再生式に冷却される燃焼室を製造する第１の技術においては、冷却通路が、銅のような熱の良導体である金属の単一の部材として形成された内側基部本体に機械加工で形成される。この冷却通路はしたがって基部本体の隔壁によって相互に分離され、また外側被覆が電気溶着通路の各々の間に必要な機械加工による修正に代わるニッケルの多重層の電気溶着によって形成される。冷却通路は伝導性樹脂を塗布することにより電気溶着の前に閉鎖される。
【００１０】
図１４は上記技術を用いて形成された燃焼室の一例を示す。
【００１１】
Narloy Ｚのような金属材料を例えば鍛造することにより形成された内側ジャケット（冷却筒）１０４が機械加工により形成された冷却通路１０５を有している。
【００１２】
通路１０５を閉鎖するための層１０７が電気溶着により形成されそしてそれ自体が同様に電気溶着により付着されるニッケルで被覆される。例えばインコネル−７１８のような超合金で形成された外側殻体１０９の種々の要素が電気ビーム溶接による接合部１１０を介して相互に組立てられる。
【００１３】
燃焼室の内側ジャケット（冷却筒）１０４を形成する作用と電気溶着により通路１０５を閉鎖する作用とは上記の方法の主要な欠点を構成する。これらの作用は手間がかかり高価である。さらに、燃焼室の構成要素の最後の組立てに用いられる溶接部１１０の各々は破壊の潜在的な危険を構成している。燃焼室の製造の第２の先行技術においては、これらの欠点をプラズマ−形成方法を用いることにより解消することが意図された。
【００１４】
図１５は、燃焼室の構造の全部又は一部を規定された合金の熱噴霧粉末によって形成することからなる前記第２の製造技術を用いて作られた燃焼室の壁の一例を示している。
【００１５】
燃焼室の壁が内側から始まり燃焼室の外側に至るまで形成されるこのような方法の一例においては、噴霧用芯体１が得られるべき燃焼室の内側寸法に機械加工された軟鋼で作られる。
【００１６】
部分真空のもとでの最初の噴霧が、銅合金（ Narloy Ｚ，…）を用いて芯体１の表面上に将来の室のジャケット（冷却筒）４を形成する働きをする。次の作用は冷却通路５を機械加工し消耗可能なろ過材料をその中に挿入することからなっている。余分のろ過材が機械加工により取除かれた後、部分真空のもとに銅合金を噴霧する第２の作用が、通路を閉鎖するため層７を形成することができるようにする。その直後に、超合金の殻体８が熱噴霧により銅の冷却筒に直接形成される。最後の作用はろ過材料を化学的に除去し通路５を開放しまた噴霧芯体１を取除くことからなっている。
【００１７】
複数の物品から組立てられそのため再使用が可能となる支持芯体を得る提案がまたなされている。一例として、芯体は軟鋼のワッシャーによって相互に分離された２つのステンレス鋼の円錐体によって構成することができ、この組立体は鋼の付着で被覆されている。燃焼室が形成されると、冷却通路の中に置かれたインサート（挿入物）の溶解がワッシャーと鋼の付着物を溶解することにより行われる。２つの円錐体はしたがって取外され回収することができる。
【００１８】
しかし、公知の方法は、特にインサートが溶解され一時的な層が除去される工程が遅くまた大きな寸法の構造を満足できるように形成するのが困難であるため、依然として満足できないものである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の欠点を解消し、また再生回路構造体を従来技術よりも便利な方法で製造できるようにし、また回路構造体が大きな寸法であり高密度熱線束を受けた時でも製造された構造の特徴を最も効果的に活用することのできるようにすることである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、これらの目的は、第１の流体と接触する内側作用表面と一組の通路とを有する構造体からなり、前記一組の通路が該構造体の本体に形成され第２の流体を第１の流体と熱交換するように搬送する高熱線束再生回路の製造方法であって、再使用可能な支持芯体の周りの熱噴霧作用と機械加工作用とを用いて前記内側作用表面から構造体を形成することからなる方法において、
（ａ）回転軸線周りの構造体の内側形状を呈する支持芯体であって、熱膨張係数が構造体の本体の材料の熱膨張係数に非常に近いか又は僅かに大きい材料で形成された支持芯体を、回転軸線の周りに配置する段階と、
（ｂ）支持芯体上に支持芯体の材料と構造体の材料とは異なる材料からなる中間層を形成する段階と、
（ｃ）前記芯体の周りに規則正しい間隔をおいて配され前記中間層に対面するよう開口し、それぞれに有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサート（挿入物）が設けられている一連の通路を形成する段階と、
（ｄ）支持芯体を約８５０℃より高い温度に予熱し、構造体の本体をプラズマトーチ（吹管）により真空又は低圧のもとに熱噴霧で形成し、支持芯体の温度を前記８５０℃より高い温度に保持する段階と、
（ｅ）支持芯体を取外すことなく、通路を構造体の本体の外側に溝の形式で機械加工する段階と、
（ｆ）構造体の本体の通路を有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサートで充たす段階と、
（ｇ）予熱後の支持芯体を約８５０℃より高い温度に保持している間に、構造体の本体の通路を閉鎖する層を形成しまたプラズマトーチ（吹管）により真空又は低圧のもとに熱噴霧で構造体の外側囲壁を形成する段階と、
（ｈ）構造体の本体の通路内の可溶性インサートと支持芯体の周りに形成された通路内の可溶性インサートと中間層とを取除く段階と、
（ｉ）再使用可能な支持芯体を取出す段階
とを含んでいることを特徴とする高熱線束再生回路の製造方法によって達成される。
【００２１】
好適な特徴によれば、構造体の本体に又は支持芯体の周りに機械加工された通路を充たす段階の前に、好ましくはポリアミド樹脂のようなプラスチック材料で作られた管状インサートのフィラメント（線条）が通路を形成する溝の底に挿入され、続いて可溶性のインサートの下側の通路の底に空洞を形成できるようにする。フィラメント状又は管状のインサートが次の熱噴霧段階の前に取出される。
【００２２】
特定の実施態様においては、構造体の本体の通路を可溶性のインサートで充たす段階は、通路への充填の最後の仕上げをし通路の間のリブを被覆する金属層を形成する金属材料を熱噴霧する段階がその後に続く、通路を不完全に充たす作用からなり、この段階の後に前記リブの自由の頂端が露出されるまで前記金属層の表面を機械加工する段階が続く。
【００２３】
大きな寸法の構造体を製造する時、支持芯体を約８５０℃より高い温度に予め加熱する熱噴霧の作用の間に、追加の熱が支持芯体に接近したもう１つの加熱装置により熱噴霧作用の全体にわたって与えられる。
【００２４】
本発明の特定の特徴によれば、
○ 構造体の本体はＣｕ−Ａｇ−Ｚｒ合金粉末を熱噴霧することにより形成され、
○ 支持芯体は純粋の銅で作られ、
○ 中間層が鉄の粉末を熱噴霧することにより形成され、
○ フィラメント状のインサートがポリアミド樹脂を基材とするフィラメントにより構成され、
○ 金属材料を熱噴霧し通路への充填を終わらせる段階が鉄の粉末をプラズマトーチにより真空又は低圧力のもとに熱噴霧することからなり、
○ 層を形成し構造体の本体の通路を閉鎖する段階がＣｕ−Ａｇ−Ｚｒ合金粉末を熱噴霧することからなり、また外側囲壁を形成する段階がＭＯＮＥＬ Ｋ５００（登録商標）又はＮＵ３０ＡＴ（イタリア材料規格ＵＮＩのＭＯＮＥＬ Ｋ５００相当品の材料番号）によって構成された合金を基材とするニッケル−銅のような、ニッケルを基材とする合金の粉末を熱噴霧することからなり、
○ 可溶性のインサートを構造体の本体の通路又は芯体の周りに形成された通路から除去する段階が、塩化水素酸のような流体を循環させることによって行われる。
【００２５】
前記方法は層を形成する間に行われ構造体の本体の通路を閉鎖する熱噴霧によって多孔の銅の層を形成する追加の段階と外側囲壁を形成する段階とを含むことができる。
【００２６】
本発明の第１の有利な実施態様においては、芯体の周りに規則正しく配置された一連の通路を形成する段階（ｃ）は、中間層を形成する段階（ｂ）の前に行われ、そして支持芯体を前記回転軸線上に取付けられた後に外側から機械加工して溝の形式の通路を形成し、支持芯体の前記通路を有機結合剤と金属の粉末との混合物からなる可溶性のインサートで充たす段階を含んでいる。
【００２７】
上記の場合、前記方法はさらに、中間層を形成する段階の後に、低い凹凸の層をプラズマトーチにより真空又は低圧力のもとに熱噴霧で形成することからなる追加の段階を含むことができ、前記低い凹凸の層は金属型式又は酸化物型式の材料を形成する熱障壁で形成されている。
【００２８】
一例として、この熱障壁はＭＣｒＡｌＹＴａのような超合金の粉末を熱噴霧することにより形成される。
【００２９】
有利には、熱障壁は、超合金を噴霧する前にイットリウム含有のジリコニウム粉末を噴霧して前記イットリウム含有のジリコニウム材料の表面層を形成することによって、形成される。
【００３０】
他の特定の実施態様においては、芯体の周りに規則正しく配置された一連の通路を形成する段階（ｃ）は、中間層を形成する段階（ｂ）の後に行われ、そして銅基材の合金を中間層上に付着させ銅基材の合金を機械加工し間に間隙が形成された半径方向のフィンを形成して前記通路を構成し、前記通路を有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサートで充たす段階を含んでいる。
【００３１】
上記の場合、前記方法はさらに、追加の鉄の層を付着させ可溶性のインサートの上に空となっている通路の部分を充たしまたフィンを被覆することからなる段階と、前記追加の鉄の層を機械加工し銅基材のフィンを出現させ各可溶性のインサートに対して鉄の薄い層だけを保持するようにし、前記薄い層がフィンの自由な面と同一面上にあるようにすることからなる段階とを含んでいる。
【００３２】
この第２の実施態様はフィン付き熱交換器型式の再生回路のための構造体をもたらす。
【００３３】
変更実施態様として、第１の実施態様の構想の範囲でフィン付き熱交換器の再生回路の構造体が得られ、芯体の周りに規則正しく配置された一連の通路を形成する段階（ｃ）が中間層を形成する段階（ｂ）の前に行われ、芯体の周りに規則正しく配置された通路が芯体に外側から機械加工されるようにすることができる。
【００３４】
この変更実施態様によれば、この方法はさらに、芯体上に中間層を形成する段階（ｂ）の後に、中間層に高さｈ、幅ｌ、ｈ／ｌ≦１の外側溝を機械加工し熱噴霧により構造体の本体を形成する段階中に半径方向のフィンを形成することからなるさらなる段階（ｂ₁ ）を含んでいる。
【００３５】
したがって本発明による方法の第１の実施態様のこの変更例は、中間層の上に材料の層を噴霧することにより熱障壁を形成する必要をなくする小さな高さの半径方向のフィンを形成することができるが、これらのフィンは中間層に対面するよう開口する主要通路を区画するものではない。主要通路は芯体に外側から機械加工することにより形成される。
【００３６】
本発明の方法は熱交換器によって構成された構造体を製造するため通常のように適用することができる。
【００３７】
本発明の方法は、ロケットエンジン、特に低温型の高出力ロケットエンジンの燃焼室のような高熱線束燃焼囲壁とノズルとによって構成された構造体を製造するのに、特に適合している。
【００３８】
本発明はまた種々の上記製造方法を実施することにより得られる再生回路を提供する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴と利点は以下に実例として与えられ添付図面を参照する特定の実施についての詳細な記載から明らかとなる。
【００４０】
本発明の方法の特定の実施が、ロケットエンジン燃焼室又はノズルを区画形成する中空構造体によって構成された高熱線束再生回路を製造するのを参照して記載されている。
【００４１】
図２はこのようなロケットエンジンノズル３０の砂時計形状の例を示し、公知のように、狹さく部分３２に向って収れんしまた分岐する下流側部分３３によって拡大されている燃焼室自体を形成する上流側部分３１を具備している。液体推進剤を用いるロケットエンジンのために、推進剤の成分は燃焼室を形成する上流側部分３１に射出され、燃焼から生じるガスがノズルの狹さく部分３２と分岐部分３３とを介して排出され所要の推進力を発生するようにしている。ノズル３０の壁は本質的に長手方向に延び冷却流体を搬送する通路１５０が設けられ、この冷却流体は内面が熱ガスと接触するノズル３０の壁を冷却するため推進剤の成分のうちの１つとすることができる。通路１５０は、良好に区画形成された形状としなければならずまたノズル３０の全周にわたって配置し最高度の性能を得るのに適した熱交換を保証するようにしなければならない。これは、ノズル３０によって構成された再生回路を製造する方法が高品質の製品を製造するとともにコストを低減するのに特に極めて重要であるという理由による。
【００４２】
本発明の製造方法は、熱ガスに近接して位置する構造体の壁の作用表面から始まり、構造材料を熱噴霧により形成することからなっている。
【００４３】
燃焼室にとって、壁を熱ガスに近接して配置された作用表面から形成することは、構造体をその内側の形状から始まってその外側の囲壁に至るまで形成することに及んでいる。このような方法はガスの流れに対する非常に小さな内部断面を有する室と大きな寸法の室との両方に適合している。
【００４４】
本発明の方法の第１の段階は、その外側表面が形成されるべき構造体１０の内部形状を呈している支持芯体１１を形成することからなっている。図６と７は、再使用可能に構成されまた一例としてノズル３０によって、構成される構造体１０の製造中に行われる種々の熱噴霧作用と製造作用のための工具としての働きをする、支持芯体１１の一例を示している。
【００４５】
芯体１１は、製造されるノズルの狹さく部分に一致する最も狹い断面を介して相互に接触している２つの部分１１１と１１２とで形成される。この２つの部分１１１と１１２は狹さく部に配置された端部分１１１Ａと１１２Ａとを介して相互に係合することにより一体化することができる。芯体１１はこれを貫通し芯体１１の長手方向軸線を中心とするシャフト１１３を有している。中心シャフト１１３はそれ自体が、ハウジング１１５に係合され芯体の部分１１１にキー止めされたシャフト１１４に固定され、芯体１１をシャフト１１４が固定された回転テーブル２１（図２）から回転させるようにする。芯体の部分１１２のハウジング１１６にシャフト１１３の端部が配置された例えばねじとナット型の組立て装置が、ワッシャー１１７と共働しこの２つの部分１１１と１１２を一緒に保持する。
【００４６】
芯体１１はその熱膨張係数が、形状を区画形成する構造体の本体を構成する材料の熱膨張係数に非常に近いか又は僅かに大きい材料で作られる。これは、支持芯体１１の膨張による誤差がなく正確な外形状を得ることができるようにし、また材料を付着する作用の間応力の大きさを著しく減少させる。
【００４７】
一例として、再生回路の本体１４がＣｕ−Ａｇ−Ｚｒ合金であったならば、芯体１１は純銅で作ることができる。
【００４８】
本発明の方法の他の形態によれば、芯体が形成された後で製造されるべき構造体１０を形成するため材料を付着させる作用を開始する前に、中間層１２（図１と図３から５）が芯体１１の全外表面の上に配設され、この中間層は芯体１１の材料と作られる構造体１０の材料とは異なる材料で形成され、この材料は構造体１０を製造する工程の終わりに化学的に溶解されることにより破壊され、得られた構造体１０を芯体１１から芯体を損傷することなく分離させることができるようにし、それにより芯体を再使用可能にし、また２つの分離可能な部分１１１と１１２（図６）から組立てられる方式のため取出しを容易にする。
【００４９】
芯体１１を構造体１０から分離するための中間層１２は例えば鉄で作ることができる。これは鉄の粉末をロボット２２により制御されるプラズマトーチ２３により真空又は低圧のもとに熱噴霧することにより付着することができ、支持芯体１１は回転テーブル２１上に垂直に置かれ連結シャフト１１４（図２と６）により回転テーブルと共に回転するのが制限されるようにする。真空プラズマ噴霧（ＶＰＳ）方法として知られているプラズマトーチによる真空中で熱噴霧する方法は、それ自体公知でありまたそのためさらに詳細な記載を要しない。
【００５０】
本発明の特定の実施態様によれば、構造体１０を製造するため芯体１１を工程の終わりに分離し取外す目的で中間層１２の溶解を容易にし加速するため、芯体に機械加工された溝の形式の長手方向の通路１２０が、回転テーブル２１に取付けられている芯体１１の外周面に設けられる。中間層１２を芯体１１に付着する前に、例えばポリアミド樹脂を基材とする材料のようなプラスチック材料のフィラメント状のインサートが溝１２０の底に置かれそして通路１２０が有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサート１２２で充たされる（図８）。このフィラメント状のインサートは次に取出され各通路１２０の底に空の空間１２１Ａを残すことができ、一方可溶性のインサート１２２は通路１２０を閉鎖し、それにより中間層１２の付着を続行できるようにする。
【００５１】
芯体１１の周囲に通路１２０が存在することと通路が可溶性のインサート１２２によりその一部だけが閉鎖されることとにより、プラズマで形成される構造体１０を製造する工程の終わりの中間層１２の溶解作用が容易となる。化学的な溶解が塩化水素酸のような流体を循環させることにより行われた時、この塩化水素酸は容易にかつ通路１２０の底で直ちに循環し可溶性のインサート１２２を溶解し始めついで芯体１１の通路１２０が完全に取外されると通路１２０に沿って循環することができ、また中間層１２を迅速に、すなわち芯体自体又は銅もしくはニッケル基材の合金で作られた構造体１０の要素を腐食するに十分な時間なしで、溶解する働きをすることができる。
【００５２】
芯体１１上に中間層１２が付着された後またできれば芯体１１が回転テーブル２１上にとどまっている間に機械加工作用を行い製造される構造体１０の正確な形状が得られるようにした後、構造体１０自体を製造する工程は熱障壁形成材料の微細層１３を中間層１２上に熱噴霧すると共に開始することができる。構造体１０の残り部分が作られる前に支持体１１，１２上に噴霧することにより形成された熱障壁が存在することは、付着層１３の凹凸が中間層１２の凹凸により調整される限り、最終的に低い凹凸部を有する構造体１０の表面１３が得られる働きをする。
【００５３】
熱障壁１３はイットリウム含有のジリコニウムの表面層を有する又は有しない超合金又はＭＣｒＡｌＹＴａにより構成することができる。
【００５４】
熱障壁１３は後で構造体１０の本体１４を形成するのに用いられるのと同じ熱噴霧方法（ＶＰＳ）によって形成され、そしてこれは図２参照して記載されたのと同じ装置を用いて作られる。熱障壁１３は、前記層と銅を基材とする再生回路の本体１４との間の後の噴霧中に生じる相互拡散のため良好な接着を保証することができるようにする。
【００５５】
銅基材の材料の構造体１０の本体１４はプラズマトーチ２３による熱噴霧、特殊真空噴霧又は低圧噴霧により支持芯体１１上に形成される。噴霧された金属粉末は最後の付着（化学的組成、物理的特性）を得るのに適する品質基準を満たし、また粉末の粒子の大きさは噴霧条件に適合している。Ｃｕ−Ａｇ−Ｚｒを噴霧する時、粉末は粒子の大きさが１０６μｍより小さく、好ましくは１０μｍから６３μｍの範囲であり、また低い酸素含有量（＜１５０ppm ）を有している。
【００５６】
熱障壁１３を製造するについて本体１４を製造するための熱噴霧は支持芯体１１に対してこれが８５０℃以上に予め加熱された後行われ、そしてこの温度は熱噴霧の時間全体にわたって保持する必要がある。大きな寸法の構成要素に対して、この温度は追加の加熱手段２４（図２）によって保持され、この加熱手段は構成要素の直径に依存して、金属粉末の噴霧には用いられずその作動特性が全加熱作用を最大限に活用される追加プラズマトーチによる、誘導加熱又は他の加熱でのジュール効果加熱によるものである。この追加加熱の条件は良好な機械的特性を有する付着を得るのに欠くことのできないものである。
【００５７】
通路１５０は次に本体１４において通常の方法で機械加工されるが、この時噴霧支持芯体１１からは位置決め工具としての利点が得られる。したがって製造中の連続するいくつかの作用の間で治工具を取付け及び取外しする必要がなくなる。通路１５０は室の大きさに関係なく外側から機械加工することができ、小さな寸法の室に関連する困難性がなくなる。
【００５８】
芯体の通路１２０と同様に、通路１５０は有機結合剤と金属粉末とからなる可溶性のインサート１５２により一部が充たされる。この型のインサートは構造体１０の形状と通路１５０の断面の変化とに関係なく適合する。通路の底において、支持芯体１１の通路１２０におけるように、空洞１５１Ａ（図１と４）が、プラスチック材料１５１、例えばポリアミド樹脂（図３）を基材とするプラスチックのフィラメント又は管を一時的に用いて形成される。実際には、フィラメント１５１は可溶性のインサート１５２が形成されると直ちに取出され、それにより追加の層１６Ａを付着する次の段階の前でも（層１６Ａがすでに存在するように図面に示されている図３のものとは対照的に）通路１５０の底に空隙１５１Ａを残すようにする。通路１５０の底に空の空間１５１Ａが存在することは、可溶性のインサート１５２を追加層１６Ａの残り部分と共に、酸を通路１５０の全長にわたって直ちに流すことにより化学的に溶解する次の段階の間、非常に重要な役割りを果たす。このようにして、可溶性インサート１５２と追加層１６Ａの残り部分１６とを化学的に溶解する時間の短縮が、製造工程の終わりに行われ芯体１１が取出せるようにする中間層１２の溶解の場合のように、非常に大きく、そしてこの作用は芯体１１の通路１２０に沿う酸の加速された循環から得られる。
【００５９】
フィラメント状のインサート１５１に重ねられた可溶性のインサート１５２によって構成されたインサート１５は通路１５０の中に置かれまた種々の通路１５０の間の本体１４のリブ１４０（図３）に対し通路の頂上部分にそれぞれの小さな段部を残す。この結果、熱噴霧（ＶＰＳ）による追加層１６Ａ、例えば鉄の追加層の次の付着の間、鉄は十分な接着力で付着されるが、その理由は通路１５０の段付き頂上部分に突入する層１６Ａの各部分の間から得られる固定作用のためである。
【００６０】
通路１５０の最後の充填はしたがって鉄を好ましくは真空又は低圧力のもとに、熱噴霧することにより行われる。この付着層１６は、表面を機械加工して本体１４のリブ１４０の頂部を露出した後（図４）、通路の部分と次の層１７に必要な凹凸部とに正確さを保証する。
【００６１】
ある場合に、通路１５０の部分と必要な凹凸部との正確さの要求がさほど厳しくなかったならば、新しい層１７は可溶性インサート１５２の有機結合剤上に直接付着させることができ、そしてこのような状況のもとにインサートはリブ１４０の頂端と同一面上にあるようになる。層１６Ａを付着させこの層を部分１６だけが通路１５０を仕上げた状態となるまで機械加工することからなる段階を省略することができる。
【００６２】
全ての場合、材料１７の層による通路１５０の閉鎖と外側囲壁１８を構成するための材料の形成とは熱噴霧により、特に真空噴霧又は低圧噴霧により、同一のプラズマトーチ２３を用いて行われ、形成されている構造体１０は回転テーブル２１上の所定位置にある芯体１１上に置かれたままとなっている。熱障壁１３と本体１４を形成する時のように、通路１５０を閉鎖するため層１７を形成しまた外側囲壁１８を形成する熱噴霧は支持芯体１１が８５０℃以上に予め加熱されかつ噴霧の時間全体にわたってこの温度に保持された後に支持芯体１１上で行われ、熱は追加の加熱装置２４によって行きわたるよう分配される。
【００６３】
通路１５０は最初、例えばＣｕ−Ａｇ−Ｚｒ合金粉末を噴霧し閉鎖層１７を形成することにより閉鎖され、次に外側囲壁１８が例えばニッケル基材の合金の粉末を噴霧することにより形成される。
【００６４】
Ｃｕ−Ａｇ−Ｚｒを噴霧する時、粉末の粒子は１０μｍから６３μｍの範囲の大きさとすることができ、この粉末は低い酸素含有量（＜１５０ppm ）を有していなければならない。
【００６５】
囲壁１８を形成するのに用いる合金の最適の選択は噴霧可能性、物理的特性、相互拡散性、及び熱処理サイクルの類似性の点について銅基材（例えばＣｕ−Ａｇ−Ｚｒ）の下側層１７との適合性を考慮する。Ｃｕ−Ａｇ−Ｚｒを含む、銅を基材とする再生回路室を形成する時、この用いられる合金はニッケル−銅を基材とする型（ＭＯＮＥＬ Ｋ５００又はＮＵ３０ＡＴ）の合金である。
【００６６】
上記のように、囲壁１８が形成された後、構造体１０の本体１４の通路１５０の可溶性のインサート１５２と支持芯体１１の通路１２０の可溶性のインサートと鉄を用いて付着された中間層１２，１６とは全て、塩化水素酸を脱気された媒体中で循環させることにより、取除かれる。本体１４の通路１５０の底と芯体１１の通路１２０の底とに間隙１５１が存在し、また通路１５０と１２０の全長にわたって延びているため、酸の循環が非常に迅速に行われ、それにより構造体を形成する工程を加速するとともに最終構造体１０又は芯体１１の構成要素は腐食されることがなくなる。
【００６７】
芯体１１が製造工程の全体にわたって構造体１０に固定されたままでありそのため熱噴霧の過程と機械加工の段階とのための治工具としての働きをするのを認識することが重要である。位置決め精度はしたがって非常に高くまた本体１４の壁の厚さが非常に小さく、例えば０．７mm又はそれ以下のオーダーであっても通路１５０を機械加工することができる。
【００６８】
図１は本発明により実施された再生回路１０を形成する層の断面図であり、再生回路１０は熱障壁１３と本体１０と通路１５０を閉鎖する層１７と外側囲壁１８とを含んでいる。図１はさらに、製造の間一時的な役割りを演じかつ再生回路の最終構造体１０の部分を形成しない要素、すなわち支持芯体１１と、中間層１２と、フィラメント状のインサート１５１と可溶性のインサート１５２とからなるインサート１５と、通路１５０を被覆するための層の要素１６とを示している。
【００６９】
図１０は、上記のように実施された熱障壁を有する再生回路を形成する時本発明の方法によって得られた最終製品の一部分の破截断面図である。この場合、熱障壁１３は例えばジルコニウム基材の薄い表層の第１の熱障壁１３１と、ＭＣｒＡｌＹ合金を基材とする第２の熱障壁１３２とを具備している。この熱障壁１３は、銅合金で作られその通路１５０がそれ自体ニッケルの囲壁１８で被覆された銅合金層１７によって閉鎖されているジャケット（冷却筒）１４の内面に形成される。
【００７０】
変更実施態様では、再生回路の製造中、多孔性の層１７′、例えば多孔性銅の層を銅基材の層１７とニッケル基材の層１８との間にプラズマを形成することにより付着することができ、この多孔層はニッケル基材の層１８を付着する前に銅基材の層１７の上に直接熱噴霧することにより得られる。このような多孔層１７′は随意に残される。
【００７１】
図１３は本発明の製造方法の一例の主なる段階２０１から２１２までを要約するフローチャート（工程図）である。
【００７２】
段階２０１はしたがって、例えば純銅基材の再使用可能で製造されるべき構造体の形状がそのように要求された場合に少なくとも２つの部分で作ることのできるようになっている成形された支持芯体１１を形成することからなり、この支持芯体はその周面に機械加工することにより作られる長手方向の通路又は溝１２０が設けられる。
【００７３】
段階２０２はインサートを通路１２０に配置することからなり、フィラメント状のインサートが一時的に通路１２０の底に存在し、可溶性のインサート１２２が有機結合剤と粉末とを用いて形成され、その後にフィラメント状インサートが取出され通路１２０の底に空洞１２１Ａを残すようにする。
【００７４】
段階２０３は中間層１２を可溶性インサート１２２が取付けられた支持芯体１１上に付着させることからなり、この付着は熱噴霧により行われ、ついで中間層１２を機械加工し構造体１０の内側形状を正確に区画形成する。
【００７５】
段階２０４は熱障壁１３を熱噴霧により形成することからなり、支持芯体は８５０℃より高い温度に保持される。
【００７６】
段階２０５は構造体１０の基部本体１４を熱噴霧により形成することからなり、支持芯体は８５０℃より高い温度に保持される。
【００７７】
段階２０６は構造体１０の基部本体１４の外面の形状と通路１５０とを機械加工することからなる。
【００７８】
段階２０７はインサート１５を通路１５０に置くことからなり、フィラメント状インサート１５１が通路１５０の底に一時的に存在し、可溶性インサート１５２が有機結合剤と粉末とにより形成され、フィラメント状インサート１５１は取出され通路１５０の底に空洞１５１Ａを形成する。
【００７９】
随意の段階２０８は純鉄の層１６Ａを熱噴霧により基部本体１４上に付着させることからなり、この層は通路１５０の頂上部分に固定され、層１６Ａは通路１５０の形状と凹凸部とを区画形成する。
【００８０】
段階２０８と関連する段階２０８は層１６Ａを機械加工し通路１５０の間の基部本体１４のリブ１４０の頂端を露出させる。
【００８１】
段階２１０は、通路１５０を熱噴霧により閉鎖し閉鎖層１７を形成しまた支持芯体１１は８５０℃より高い温度に保持されることからなり、前記温度は材料を熱噴霧するのに依然として保持され外側囲壁１８を形成し、多孔性層１７′は外側囲壁１８が付着される前に随意に付着される。
【００８２】
段階２１１は溝を機械加工し再生回路を構成する構造体１０の外側を機械加工することからなっている。
【００８３】
段階２１２は、通路１２０と１５０に依然として位置する可溶性のインサートが純鉄の中間層１２と１６と共に通路１２０と１５０の底に沿って迅速に循環する酸により化学的に溶解され、その後に支持芯体１１が回収できる、最終段階である。
【００８４】
図９を参照して、図１０の回路の熱障壁１３が、フィン１９Ａの間に長手方向の通路１９５Ａを残している半径方向のフィン１９Ａを有するフィン付き熱交換器に置換えられた再生回路をもたらす、本発明の方法の特定実施態様が記載される。
【００８５】
図９の場合は、上記方法に類似することのできる方法で鉄の中間層１２を芯体１１上に形成する段階の後に、Ｃｕ−Ａｇ−Ｚｒ合金のような銅基材の合金を例えば中間層１２の上に付着させる段階と、また銅基材の合金を機械加工し間に空の空間又は通路１９５Ａが形成される半径方向のフィン１９Ａを区画形成する段階とが続く。
【００８６】
この特定実施態様では、半径方向のフィン１９Ａが、幾分か大きくかつフィンの高さｈと幅ｌとの間の比が１より大きいような高さｈを有しそれによりフィン１９Ａがその間に図８に示す実施態様の芯体１１の通路１２０に実質的に均等な高さを有する空隙１９５Ａを区画形成するようになっている。
【００８７】
その後に、通路の形式の空の空間１９５Ａが、上記したように芯体１１の通路１２０又は本体１４の通路１５０を部分的に充たす作用と同様なやり方で部分的に充たされる。このようにして、フィラメント状のインサートは一時的にフィン１９Ａの間の空隙１９５Ａの底に挿入され前記空隙１９５Ａを可溶性インサート１９２によって部分的に充たし、インサート１９２の下側には空間１９１Ａがフィラメント状インサートの除去部分に形成されるようにする。可溶性インサート１９２は好ましくはフィン１９Ａの頂端から段部が残され鉄の層をＶＰＳ方法で付着させるようにし、この層が可溶性インサート１９２に関して空隙１９５Ａの空の部分を充たしまたフィン１９Ａを被覆する。
【００８８】
この次の段階は鉄の層を機械加工しそれより銅基材のフィン１９Ａが現われまた鉄の薄い層１９３だけが各可溶性インサート１９２の頂端に残るようにし、前記層１９３はフィン１９Ａの頂面と同一平面上にある。銅基材の合金が次に付着され再生回路の本体１４を形成し、その後に図３から５を参照して記載したのと同じやり方で通路１５０がここで機械加工され、通路１５０は図３に示されるように可溶性インサート１５２により部分的に充たされ、鉄の層はＶＰＳ方法により付着され（図３に示されるように）、そして前記鉄の層は機械加工され通路１５０の間に区画形成されたフィン又はリブ１４０が現われるようにする（図４に示されるように）。
【００８９】
次の段階は銅基材の合金１７を付着しついでニッケル基材の合金１８を付着することからなっている。変更例では、多孔性の銅の層１７′もまたニッケル基材の合金１８を付着する前に付着することができる。
【００９０】
最後の段階は酸をフィン１９Ａの間に形成された空洞１９１Ａの中を循環させ可溶性インサート１９２と鉄の残りの層１９３と鉄の中間層１２とを迅速に溶解させ、それにより芯体１１を回収し再使用できるようにすることからなっている。
【００９１】
再生回路が図９を参照して記載した方法の変更例により形成された時は、芯体１１上に形成された中間層１２に対面して開口する空洞１９５Ａをその間に区画形成する働きをするフィン１９Ａが存在することが認められる。このような情況のもとに、これらの空洞１９５Ａは芯体１１の空洞１２０として作用することができ、また芯体１１は溝のない普通の構造とすることができる。図９を参照して記載した方法はしかし図８に示されるような溝付きの芯体を用いるのに適合したままとなっている。このような情況のもとに、芯体１１の中間層１２の一方の側に形成された第１の組の空洞１２０と、本体１４に中間層１２の他方の側で連結されたフィン１９Ａの間に形成された第２の組の空洞１９５Ａとだけが存在する。
【００９２】
図１１と１２を参照すると、本発明の方法の他の実施態様が記載され、図１０の回路の熱障壁１３が、その間に長手方向の通路１９５Ｂを残す半径方向のフィン１９Ｂを有するフィン付き熱交換器で置換えられており、この半径方向のフィン１９Ｂは小さな高さｈを有し、半径方向のフィン１９Ｂの高さｈとこれらフィンの幅ｌとの間の比が１より小さいか又は１に等しくなっている。この特定実施態様において、支持芯体１１上に中間層１２を形成する段階は芯体１１の周りに規則正しく分配されている一連の通路１２０を形成する段階の後に行われ、溝の形式の通路１２０は芯体１１に外側から機械加工されまた特に図１３を参照して述べたように可溶性のインサートにより充填される。
【００９３】
図１２の特定実施態様によれば、この方法は、中間層１２を支持芯体１１上に形成する段階の後に、ｈ／ｌ≦１のような高さｈと幅ｌを有する外側溝を中間層１２に機械加工することからなる追加の段階を含み、構造体１０の本体１４を熱噴霧により形成する次の段階の間に半径方向のフィン１９Ｂが形成できるようにしている。
【００９４】
この場合、フィン１９Ｂの間の空間１９５Ｂは中間層１２が溶解されるまで中間層１２の材料によって占有されまたこの空間１９５Ｂは図９の空間１９５Ａとは異なり中間層１２に対面するよう開口する通路を区画形成するよう作用することはできない。図１２の実施態様では、芯体１１の周りに通路１２０を設けるのはしたがって必須のことであり、随意のものではない。
【００９５】
図１１は、中間層１２が溶解された後、図１２を参照して示される方法により製造された壁の一部の形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を用いて形成された再生回路の壁の断面図であり、最終の再生回路を構成する様々な構成要素とこの方法の実施中に一時的に存在する様々な要素とを示している。
【図２】本発明の方法を実施するための装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の製造方法の最初の段階の間の再生回路の壁の断面図である。
【図４】図３の段階の次の段階における再生回路の壁の断面図である。
【図５】図４の段階の次の段階における再生回路の壁の断面図である。
【図６】本発明の方法を実施する時に用いることのできる再使用可能な支持芯体の一例の軸方向断面図である。
【図７】図６の VII−VII 線による断面図である。
【図８】図７の一部の拡大図で再使用可能な支持芯体を製造する工程の一部を示す図である。
【図９】フィン付きの熱交換器の壁の製造に適用された特定実施態様の場合の製造工程の一部を示す再生回路の壁の断面図である。
【図１０】熱障壁型の本発明の再生回路の最終壁の断面図である。
【図１１】フィン付き熱交換器型の本発明の再生回路の最終壁の断面図である。
【図１２】フィン付き熱交換器の壁の製造に適用された他の特定実施態様の場合における製造工程の一部を示す再生回路の壁の断面図である。
【図１３】本発明の製造方法の一例の主なる段階を連続して示すフローチャートである。
【図１４】電気溶着に基づく公知の方法を用いて製造された再生回路の壁の断面図である。
【図１５】プラズマ−成形法による公知の方法を用いて製造された再生回路の壁の断面図である。
【符号の説明】
１０…構造体
１１…支持芯体
１２…中間層
１３…微細付着層（熱障壁）
１４…本体
１５…インサート
１６Ａ…追加層
１７…閉鎖層（合金）
１８…囲壁
１９Ａ…フィン
２１…回転テーブル
２２…ロボット
２３…プラズマトーチ
２４…加熱手段（加熱装置）
３０…ノズル
３１…上流側部分
３２…狹さく部分
３３…分岐部分
１１１…部分
１１２…部分
１１３…シャフト（回転軸線）
１１４…シャフト
１１６…ハウジング
１１７…ワッシャー
１２０…通路（溝）
１２１Ａ…空洞
１２２…可溶性インサート
１４０…リブ
１５０…通路
１５１…フィラメント状インサート
１５２…可溶性インサート

Claims (23)

1. 第１の流体と接触する内側表面と一組の通路（１５０）とを有する構造体（１０）を具備し、前記一組の通路（１５０）が構造体（１０）の本体（１４）に形成され第２の流体を第１の流体と熱交換するよう搬送するようにしている高熱線束再生回路を製造する方法であって、再使用可能な支持芯体（１１）の周りの熱噴霧作用と機械加工作用とを用い前記内側表面から構造体（１０）を形成する方法において、
   （ａ）構造体（１０）の内側形状を呈する支持芯体（１１）を回転軸線（１１３）の周りに置き、支持芯体（１１）は、熱膨張係数が構造体（１０）の本体の材料の熱膨張係数に非常に近いか僅かに大きい材料で形成されている段階と、
   （ｂ）中間層（１２）を支持芯体（１１）上に、支持芯体（１１）の材料と構造体（１０）の本体（１４）の材料とは異なる材料で形成する段階と、
   （ｃ）支持芯体（１１）の周りに規則正しい間隔をおいて配され前記中間層（１２）に対面するよう開口する一連の通路（１２０；１９５Ａ）を形成し、前記通路（１２０；１９５Ａ）の各々は有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサートが設けられている段階と、
   （ｄ）支持芯体（１１）を約８５０℃より高い温度に予め加熱し、支持芯体（１１）の温度を前記８５０℃より高い温度に保持しながら構造体（１０）の本体（１４）をプラズマトーチにより真空又は低圧のもとに熱噴霧で形成する段階と、
   （ｅ）支持芯体（１１）を取外すことなく、通路（１５０）を構造体（１０）の本体（１４）の外側に溝の形式に機械加工する段階と、
   （ｆ）構造体（１０）の本体（１４）の通路（１５０）を有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサート（１５２）で充たす段階と、
   （ｇ）支持芯体（１１）を約８５０℃より高い温度に予め加熱し、支持芯体（１１）の温度を前記８５０℃より高い温度に保持しながら構造体（１０）の本体（１４）の通路（１５０）を閉鎖する層（１７）と、構造体（１０）の外側囲壁（１８）とを、プラズマトーチにより真空又は低圧のもとに熱噴霧で形成する段階と、
   （ｈ）構造体（１０）の本体（１４）の通路（１５０）の可溶性のインサート（１５２）と、支持芯体の周りに形成された通路（１２０；１９５Ａ）の中の可溶性のインサートと、中間層（１２）とを、取除く段階と、
   （ｉ）再使用可能な支持芯体（１１）を取出す段階
   とを含んでいることを特徴とする高熱線束再生回路の製造方法。
2. 構造体（１０）の本体（１４）に又は支持芯体（１１）の周りに機械加工された通路（１５０，１２０）を充たす段階の前に、フィラメント状のインサート（１５１）が通路（１５０，１２０）を形成する溝の底に挿入され次の熱噴霧段階の前にフィラメント状のインサート（１５１）を取出すことにより可溶性インサート（１５２）の下側の通路（１５０，１２０）の底に空洞（１５１Ａ）を続いて形成することができるようにすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 構造体（１０）の本体（１４）の通路（１５０）を可溶性インサート（１５２）で充たす段階が、通路（１５０）を不完全に充填する作用からなり、その後に、通路（１５０）の充填を完了する金属材料を熱噴霧し通路（１５０）の間のリブ（１４０）を被覆する金属層（１６Ａ）を形成する段階と、前記金属層（１６Ａ）の表面を前記リブ（１４０）の自由の頂端が露出されるまで機械加工する段階とが続くことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 支持芯体（１１）を約８５０℃より高い温度に保持する熱噴霧作用中、追加の加熱が熱噴霧作用中継続して支持芯体（１１）に近接した追加の加熱装置（２４）により行われることを特徴とする請求項１から３のうちの１項に記載の方法。
5. 構造体（１０）の本体（１４）がＣｕ−Ａｇ−Ｚｒ合金の粉末を熱噴霧することにより形成されることを特徴とする請求項１から４のうちの１項に記載の方法。
6. 支持芯体（１１）が純銅で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 中間層（１２）が鉄の粉末を熱噴霧することにより形成されることを特徴とする請求項１から６のうちの１項に記載の方法。
8. フィラメント状のインサート（１５１）がポリアミド樹脂を基材とするフィラメントにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 金属材料を熱噴霧し通路（１５０）の充填を終了する段階が、鉄の粉末をプラズマトーチにより真空又は低圧のもとに熱噴霧することからなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
10. 層（１７）を形成し構造体（１０）の本体（１４）の通路（１５０）を閉鎖する段階がＣｕ−Ａｇ−Ｚｒ合金の粉末を熱噴霧することからなり、外側囲壁（１８）を形成する段階が、ニッケル基材の合金の粉末を熱噴霧することからなることを特徴とする請求項１から９のうちの１項に記載の方法。
11. 層（１７）を形成し構造体（１０）の本体（１４）の通路（１５０）を閉鎖する段階と外側囲壁を形成する段階との間に行われる、多孔の銅（１７′）の層を熱噴霧により形成する追加の段階を含んでいることを特徴とする請求項１から１０のうちの１項に記載の方法。
12. 可溶性のインサート（１５２）を構造体（１０）の本体（１４）の通路（１５０）又は支持芯体（１１）の周りに形成された通路（１２０）から取除く段階が塩化水素酸のような流体を循環させることにより行われることを特徴とする請求項１から１１のうちの１項に記載の方法。
13. 支持芯体（１１）の周りに規則正しく分配された一連の通路（１２０）を形成する段階（ｃ）が、中間層（１２）を形成する段階（ｂ）の前に行われ、また支持芯体（１１）を前記回転軸線（１１３）に取付けた後に外側から機械加工することと支持芯体（１１）の前記通路（１２０）を有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサートにより充たすことを含んでいることを特徴とする請求項１から１２のうちの１項に記載の方法。
14. 中間層（１２）を形成する段階の後に、熱障壁（１３）をプラズマトーチにより真空又は低圧のもとに熱噴霧で形成することからなり、熱障壁（１３）が金属型式又は酸化物型式の低い凹凸の層で形成されている追加の段階をさらに含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 熱障壁（１３）がＭＣｒＡｌＹＴａのような超合金の粉末を熱噴霧することにより形成されることを特徴とする請求項５又は１４に記載の方法。
16. 熱障壁（１３）が超合金を噴霧する前にイットリウム含有ジルコニウムの粉末を噴霧し前記イットリウム含有ジルコニウム材料の表面層を形成することにより、形成されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 支持芯体（１１）の周りに規則正しく分配された一連の通路（１９５Ａ）を形成する段階（ｃ）が、中間層（１２）を形成する段階（ｂ）の後に行われ、また銅基材の合金を中間層（１２）上に付着することと、銅基材の合金を機械加工し空隙が間に形成されて前記通路（１９５Ａ）を構成する半径方向のフィン（１９Ａ）を区画形成することと、前記通路（１９５Ａ）を有機結合剤と金属粉末との混合物からなる可溶性のインサート（１９２）で充たすことを含んでいることを特徴とする請求項１から１２のうちの１項に記載の方法。
18. 追加の鉄の層を付着し可溶性のインサート（１９２）にわたって空のままとなっている通路（１９５Ａ）の部分を充たしまたフィン（１９Ａ）を被覆することからなる段階と、前記追加の鉄の層を機械加工し銅基材のフィン（１９Ａ）を出現させ各可溶性のインサート（１９２）の上にフィン（１９Ａ）の自由の面と同一面の鉄の薄い層（１９３）のみを保持することからなる段階とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 中間層（１２）を支持芯体（１１）上に形成する段階（ｂ）の後に、中間層（１２）にｈ／ｌ≦１のような高さｈと幅ｌとを有する外側溝（１９６）を機械加工し、半径方向のフィン（１９Ｂ）を構造体（１０）の本体（１４）を形成する段階中に熱噴霧により続いて形成する追加の段階（ｂ_１）をさらに含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
20. フィラメント状のインサートがポリアミド樹脂のようなプラスチック材料で形成されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
21. 特にロケットエンジンのための高熱線束燃焼室によって構成される構造体（１０）を製造するのに適用されることを特徴とする請求項１から２０のうちの１項に記載の方法。
22. 熱交換器によって構成される構造体（１０）を形成するのに適用されることを特徴とする請求項１から２０のうちの１項に記載の方法。
23. 請求項１から２２のうちの１項に記載の方法によって得られた再生回路。

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