JP6636575B2 - 積層造形された熱交換器 - Google Patents
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Description
[実施態様1]
軸方向(A)、半径方向(R)、および円周方向(C)を規定する熱交換器(100)であって、前記熱交換器(100)は、
流路(104)を画定するハウジング(102)と、
前記流路(104)内に前記軸方向(A)に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク(110)と、を含み、前記複数の熱交換バンク(110)の各々は、
第1の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する環状外側マニホールド(112)と、
第2の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する中央マニホールド(114)と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド(112)と前記中央マニホールド(114)との間に延在する複数の熱交換チューブ(116)と
を含む、熱交換器(100)。
[実施態様2]
前記熱交換バンク(110)のうちの1つまたは複数は入口バンク(142)であり、前記熱交換バンク(110)のうちの1つまたは複数は排出バンク(146)であり、前記熱交換器(100)は、
前記ハウジング(102)によって画定され、前記入口バンク(142)の前記環状外側マニホールド(112)と直接流体連通する入口マニホールド(150)と、
前記ハウジング(102)によって画定され、前記排出バンク(146)の前記環状外側マニホールド(112)と直接流体連通する出口マニホールド(154)と、
をさらに含む、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様3]
前記入口マニホールド(150)および前記出口マニホールド(154)は、前記軸方向(A)に沿って離間している、実施態様2に記載の熱交換器(100)。
[実施態様4]
前記複数の熱交換バンク(110)の各々は、実質的に前記半径方向(R)に沿って前記流路(104)を通って延在し、前記軸方向(A)に沿って積み重ねられた場合に、隣接する熱交換バンク(110)と共に蛇行流路(104)を形成する、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様5]
前記複数の熱交換バンク(110)の各々の前記中央マニホールド(114)は、中心軸(106)に沿って延在し、前記軸方向(A)に沿ってバルクヘッド(130)によって交互に分離されている、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様6]
前記複数の熱交換チューブ(116)の各々は、前記環状外側マニホールド(112)に向かって減少する断面積を画定する、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様7]
前記複数の熱交換チューブ(116)の各々は、楕円形、円形、または翼形の断面を画定する、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様8]
前記格子構造は、
第1の複数の前記熱交換チューブ(116)によって画定され、前記半径方向(R)に沿った第1の半径(174)で画定された第1の軌道内に配置された第1の複数のセル(170)であって、前記第1の複数のチューブの各々が第1の有効流れ面積を画定する、第1の複数のセル(170)と、
第2の複数の前記熱交換チューブ(116)によって画定され、前記半径方向(R)に沿った第2の半径(180)で画定された第2の軌道内に配置された第2の複数のセル(176)であって、前記第2の複数のチューブの各々が第2の有効流れ面積を画定する、第2の複数のセル(176)と、を含み、前記第1の複数のチューブと前記第2の複数のチューブとの間の関係は、前記熱交換器(100)内の圧力損失を最小にすることを目的とする数学的モデルによって支配される、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様9]
前記格子構造は六角形のセルのアレイを含む、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様10]
前記格子構造は複数の接合部(190)を含み、各接合部(190)は、約120度の角度で分離された前記複数の熱交換チューブ(116)のうちの3つを接合する、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様11]
前記格子構造は、複数の接合部(190)を含み、前記複数の接合部(190)の各々は、1つまたは複数の入口チューブと、1つまたは複数の出口チューブと、を含み、前記1つまたは複数の入口チューブの断面積の合計は、前記1つまたは複数の出口チューブの断面積の合計に実質的に等価である、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様12]
隣接する熱交換バンク(110)の前記格子構造は、熱交換流体の流れが前記流路(104)内の前記熱交換チューブ(116)に曝されることを増加させるように、互い違いに配置される、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様13]
前記熱交換器(100)は、3つ以上の熱交換バンク(110)を含む、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様14]
前記環状外側マニホールド(112)は、2つの隣接する熱交換バンク(110)を橋絡して、前記2つの隣接する熱交換バンク(110)の間の流体連通を提供する、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様15]
前記熱交換器(100)は、前記流路(104)内の冷気流と前記複数の熱交換チューブ(116)内の高温空気流とを受け取るように構成された空気−空気熱交換器(100)である、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様16]
前記ハウジング(102)および前記複数の熱交換バンク(110)は、単一のモノリシック構成要素として一体的に形成される、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様17]
前記熱交換器(100)は複数の層を含み、前記複数の層は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させることと、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させることと、
によって形成される、実施態様1に記載の熱交換器(100)。
[実施態様18]
熱交換器(100)を製造する方法(200)であって、前記方法(200)は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップ(210)と、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させ、前記熱交換器(100)を形成するステップ(220)と、を含み、前記熱交換器(100)は、軸方向(A)、半径方向(R)、および円周方向(C)を規定し、前記熱交換器(100)は、
流路(104)を画定するハウジング(102)と、
前記流路(104)内に前記軸方向(A)に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク(110)と、を含み、前記複数の熱交換バンク(110)の各々は、
第1の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する環状外側マニホールド(112)と、
第2の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する中央マニホールド(114)と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド(112)と前記中央マニホールド(114)との間に延在する複数の熱交換チューブ(116)と
を含む、方法(200)。
[実施態様19]
前記ハウジング(102)および前記複数の熱交換バンク(110)は、単一のモノリシック構成要素として一体的に形成される、実施態様18に記載の方法(200)。
[実施態様20]
軸方向(A)、半径方向(R)、および円周方向(C)を規定する熱交換器(100)であって、前記熱交換器(100)は、
流路(104)を画定するハウジング(102)と、
前記流路(104)内に前記軸方向(A)に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク(110)と、を含み、前記複数の熱交換バンク(110)の各々は、格子構造で構成され、第1の端部から外側に前記半径方向(R)に沿って第2の端部に向かって延在する複数の熱交換チューブ(116)と、
隣接する熱交換バンク(110)の前記第2の端部を流体結合する1つまたは複数の環状外側マニホールド(112)と、
隣接する熱交換バンク(110)の前記第1の端部を流体結合する1つまたは複数の中央マニホールド(114)と
を含む、熱交換器(100)。
102 ハウジング
104 流路
106 中心軸
110 下流バンク、上流バンク、熱交換バンク
112 環状外側マニホールド
114 中央マニホールド
116 熱交換チューブ
120 中央ポート
122 外側ポート
130 バルクヘッド
140、152 流体入口
142 入口バンク
144、156 流体出口
146 排出バンク
148、158 熱交換流体
150 入口マニホールド
154 出口マニホールド
170、176、182 セル
172、178、184 軌道
174、180、186 半径
190 接合部
192 熱交換器モジュール
200 方法
210、220 ステップ
A 軸方向
C 円周方向
R 半径方向
Claims (15)
- 軸方向(A)、半径方向(R)、および円周方向(C)を規定する熱交換器(100)であって、前記熱交換器(100)は、
流路(104)を画定するハウジング(102)と、
前記流路(104)内に前記軸方向(A)に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク(110)と、を含み、前記複数の熱交換バンク(110)の各々は、
第1の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する環状外側マニホールド(112)と、
第2の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する中央マニホールド(114)と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド(112)と前記中央マニホールド(114)との間に延在する複数の熱交換チューブ(116)と
を含む、熱交換器(100)。 - 前記熱交換バンク(110)のうちの1つまたは複数は入口バンク(142)であり、前記熱交換バンク(110)のうちの1つまたは複数は排出バンク(146)であり、前記熱交換器(100)は、
前記ハウジング(102)によって画定され、前記入口バンク(142)の前記環状外側マニホールド(112)と直接流体連通する入口マニホールド(150)と、
前記ハウジング(102)によって画定され、前記排出バンク(146)の前記環状外側マニホールド(112)と直接流体連通する出口マニホールド(154)と、
をさらに含む、請求項1に記載の熱交換器(100)。 - 前記入口マニホールド(150)および前記出口マニホールド(154)は、前記軸方向(A)に沿って離間している、請求項2に記載の熱交換器(100)。
- 前記複数の熱交換バンク(110)の各々は、実質的に前記半径方向(R)に沿って前記流路(104)を通って延在し、前記軸方向(A)に沿って積み重ねられた場合に、隣接する熱交換バンク(110)と共に蛇行流路(104)を形成する、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記複数の熱交換バンク(110)の各々の前記中央マニホールド(114)は、中心軸(106)に沿って延在し、前記軸方向(A)に沿ってバルクヘッド(130)によって交互に分離されている、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記複数の熱交換チューブ(116)の各々は、前記環状外側マニホールド(112)に向かって減少する断面積を画定する、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記格子構造は、
第1の複数の前記熱交換チューブ(116)によって画定され、前記半径方向(R)に沿った第1の半径(174)で画定された第1の軌道内に配置された第1の複数のセル(170)であって、前記第1の複数のチューブの各々が第1の有効流れ面積を画定する、第1の複数のセル(170)と、
第2の複数の前記熱交換チューブ(116)によって画定され、前記半径方向(R)に沿った第2の半径(180)で画定された第2の軌道内に配置された第2の複数のセル(176)であって、前記第2の複数のチューブの各々が第2の有効流れ面積を画定する、第2の複数のセル(176)と、を含み、前記第1の複数のチューブと前記第2の複数のチューブとの間の関係は、前記熱交換器(100)内の圧力損失を最小にすることを目的とする数学的モデルによって支配される、請求項1に記載の熱交換器(100)。 - 前記格子構造は六角形のセルのアレイを含む、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記格子構造は複数の接合部(190)を含み、各接合部(190)は、約120度の角度で分離された前記複数の熱交換チューブ(116)のうちの3つを接合する、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記格子構造は、複数の接合部(190)を含み、前記複数の接合部(190)の各々は、1つまたは複数の入口チューブと、1つまたは複数の出口チューブと、を含み、前記1つまたは複数の入口チューブの断面積の合計は、前記1つまたは複数の出口チューブの断面積の合計に実質的に等価である、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 隣接する熱交換バンク(110)の前記格子構造は、熱交換流体の流れが前記流路(104)内の前記熱交換チューブ(116)に曝されることを増加させるように、互い違いに配置される、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記環状外側マニホールド(112)は、2つの隣接する熱交換バンク(110)を橋絡して、前記2つの隣接する熱交換バンク(110)の間の流体連通を提供する、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記ハウジング(102)および前記複数の熱交換バンク(110)は、単一のモノリシック構成要素として一体的に形成される、請求項1に記載の熱交換器(100)。
- 前記熱交換器(100)は複数の層を含み、前記複数の層は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させることと、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させることと、
によって形成される、請求項1に記載の熱交換器(100)。 - 熱交換器(100)を製造する方法(200)であって、前記方法(200)は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップ(210)と、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させ、前記熱交換器(100)を形成するステップ(220)と、を含み、前記熱交換器(100)は、軸方向(A)、半径方向(R)、および円周方向(C)を規定し、前記熱交換器(100)は、
流路(104)を画定するハウジング(102)と、
前記流路(104)内に前記軸方向(A)に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク(110)と、を含み、前記複数の熱交換バンク(110)の各々は、
第1の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する環状外側マニホールド(112)と、
第2の隣接する熱交換バンク(110)と流体連通する中央マニホールド(114)と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド(112)と前記中央マニホールド(114)との間に延在する複数の熱交換チューブ(116)と
を含む、方法(200)。
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