JPH05506918A - 内部通路がその全長を通じて一定の断面積を有する環状熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内部通路がその全長を通じて一定の断面積を有する上熱交換器技術分野 本発明は一般的には熱交換器に関し、さらに詳しくはその内部に複数の通路を有 して各通路がその全長を通じて一定の断面積を存する環状の熱交換器構造に関す 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かつ取入れ空気の予 熱によりエンジンの作動効率を上げるための熱交換器或いは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、 停止の循環の繰り返しを伴う作動状況のもとて摂氏約５００度から７００度まで の温度かつ約４５０ｋＰａからＩＪＯＯｋＰａまでの内部圧力で作動することが できなければならない。

そのような斑状レキュペレータは、その間に固着され曲げられた波形のスペーサ を有する複数の比較的薄い平らなシートで通常構成されたコアををする。シート は、セルに接合さね、両端部を封じられてシートの間に通路を形成する。これら のセルは積み重ねられて巻き付けられて、交互の空気セル及び高温排気セルを形 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。排気ガスは前記シート及びスペ 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。

上記のようなレキュペレータの一例は、１９６６年１１月１５日付けでり、Ｒ。

ウォシカ向けに発行された米国特許第３．２８５，３２６号に開示されている。

かかる装置では、レキュペレータは、軸線から間隔をへだでて配置さね、間に波 形のスペーサを入れられて軸線のまわりに巻き付けられた一対の比較的薄い平ら なプレートを有する。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。上記のような装置に関する問題点の一つは十分な効率が得られない こと、及び、最終組立ての前に通路の漏れの点検や検査ができないことである。

更に、外側のプレートは一方の側がレキュペレータの温度にさらされており、他 方の側が環境温度にさらされている。従って、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、コアと平板との間の接合点におけるコア内に 引き起こされる熱応力や歪みは大きく変化し、構造の耐用年数を減少させる。

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。

ウオツカに付与された米国特許第３，５０７．１１５号に開示されている。かか る装置では、レキュペレータは、中空円筒形内部容器と、一連の波形の空気コア 即ち燃焼ガスコアを形成する何枚かの回旋状の分離シートによって分離された同 心の外側シェルとからなる。高温ガスや冷たい空気との間での伝達を増大させる ために、波形シートは分離シートに金属的に接着されていて、効率を増すことが 意図されている。このような装置に関する問題点の一つは十分な効率が得られな いこと、及び、最終の熱交換器に組み立てる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、外側シェルは一方の側がレキュペレータの温度に晒さね 、他方の側が環境温度に晒されている。従って、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、回旋状の分離シート、波形シート及び 同心の外側シェルの接合点でコアに引き起こされる熱応力や歪みは大きく変化し 、構造の耐用年数を減少させる。。

かかるレキュペレータのもう一つの例は、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３．２５５．８１８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及び共通 軸線を有する環状の外側ケーシングを有する。半径方向に配置されたプレートは より低温の流体とより高温の流体を交互に流す通路Ａ及びＢを形成する。熱交換 器の軸線に向かって徐々に幅が狭くなっている波形のプレートが通路Ａに配置さ ね、又軸線に向かって徐々に幅が広くなっている波形のプレートが通路已に配置 されている。かかる装置に関する問題点の一つは、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さら され、他方の側が環境温度にさらされている。かくして、レキュペレータは始動 、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く変 化し、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装置のもう一つの例は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３．４７６．１７４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装置が、複数の重ねら れた薄い波形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札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。従って、前記再生用熱交 換装置は半径方向の熱流を出す一方、熱伝達領域を効率よく利用していない。

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つる領域に位置決 めされている。更に、費用及び構造の複雑性は、調節ビームの切欠きと複雑な形 状のために非常に増大する。

熱交換器のもう−りの例は、１９７３年９月１８日付けでバリーＪ、ドーソン他 に付与された米国特許第３．７５９，３２３号に開示されている。−次表面板型 熱交換器の構造が示されており、シートを間隔をへだてて配置するための複数の 縁部バーを有する複数の次々の平板が使用されている。多数の板がその間に縁部 バーをはさんで対をなして積み重ねられて所望の寸法の熱交換コアを形成してい る。

熱交換器の構造のもう一つの例は、１９７６年７月２３日付けでロバートＪ。

フラワー他に付与された米国特許ＩＫ４，０９８，３３０号に開示されている。

環状構造が、複数の波形の個別のプレートを互いに重ね合わせることにより形成 され、除々に熱交換器を形作るようになっている。複数のプレートは、波形の軸 線が回旋形状と垂直であるように回旋状に曲げられる。プレートを積み重ねるこ とにより、その間に一定の高さを有する流体通路が形成される。螺旋状に曲げら れた複数のプレートを使用する熱交換器は費用の安い熱交換器を提供しない。更 に、構造を作る構成部品の費用と複雑性、及びこれらの構成部品の組立ては、大 幅に費用を増加させる。

本発明は上述のような問題点の一つ或いはそれ以上を克服することに向けられて いる。

動中その内部に供与流体を有する。コアは、各々が内部に前記通路の一方を構成 する複数の積み重ねられた両次表面セルををする。セルは互いに固定されて一つ の路上のコアを形成し、隣接したセルはその間に他方の複数の通路を形成する。

複数のセルの各々はインボリュート曲線形状を存し、少なくとも一対の両次表面 プリーツシートを有する。熱受容通路の各々は通路の全長を通じて一定の断面積 を有する。又、供与通路の各々は通路の全長を通じて一定の断面積を有する。

本発明をもう一つの観点では、ガスタービンエンジンはその一部として供与流体 を有する排気装置と、その一部として受容流体を有する吸気装置と、その内部に 熱受容通路及び熱供与通路を有するコアと、前記コアを取り囲む／’％ウジング とを存する。コアは、各々が内部に一方の通路を構成する複数の積み重ねられた 両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 接したセルはその間に他方の通路を形成する。複数のセルの各々はインボリュー ト曲線形状を有し、少なくさも一対の両次表面プリーツシートを有する。熱受容 通図１は、本発明の実施例で使用されるエンジンアダプタの一部を示す斜視図、 図２は、熱交換器及びエンジンの一部を示す断面図、図３は、図２の３−３線に 沿って切断した場合の複数のセルを通しての拡大断面図、 図４は、図２の４−４線に沿って切断した場合の三角形部材の波形を示す図、図 ５は、シートの複数の角部を示しコアの複数の角部と一致する両次表面プリーツ シートの展開図、 図６は、そこに位置する溶接部の一部を示すコアの一部の詳細図、及び、図７は 、セルを形成する構成部品の分解組立て図。

発明を実施するための最良の態様 図面、特に図１．２及び３を参照すると、熱交換器或いはレキュペレータ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とは矢印１６ により示された受容流体を有する、ごく一部のみが図示された吸気装置１４を有 するガスタービンエンジンを指す。更にエンジン１２は矢印２０により示された 供与流体を有する、ごく一部のみが図示された排気装置１８を有する。受容流体 １６の温度範囲は、供与流体２０の温度範囲よりも低い。他の方法を述べれば熱 交換器１０は、受容流体１６及び供与流体２０を有し、かつ熱交換が適切になさ れるようないかなる装置とも併用するこきができる。熱交換器ＩＯは多くの小片 からなる概して環状の一つのコア２２を有する。コア２２は一対の端部２４及び ２６即ち内側部分２８及び外側部分３０とを有する。コア２２は概して軸線３２ を中心としており、エンジン１２に取り外し可能に取り付けられる。熱交換器１ ０は、本発明の主旨を変えずに前記エンジン１２に固定装着されてもよい。

図３にて最も良く示したように、コア２２は複数の両次表面セル３４からなり、 各セルは第一の通路或いは熱受容通路即ち熱回収通路３６をその内部に有する。

複数の第二の通路或いは熱供与通路３８は、コア２２の隣接した七Ｊ丙４の間に 形成される。それらのセルはセル３４のうちもう一つのセルに接するよう積み重 ねられ、固定手段４０により互いに固定される。

入口４２が各セル３４に配置され、受容流体１６が通路３６に入る前にそこを通 過するように、対応する通路３６と流体連通している。出口４４が各セル３４に 配置さね、受容流体１６が通路３６を通過した後にそこを通過するように、対応 する通路３６と流体連通している。複数の入口通路４６は概して熱受容通路３６ の内側に配置さｔＬ、供与流体２０が通路３８に入る前にそこを通過するように 、個々の通路３８と流体連通している。複数の出口通路４８が概して熱受容通路 ３６の外側に配置されへ供与流体２０が通路３８を通過した後にそこを通過する ように、個々の通路３８と流体連通している。

複数の熱受容通路３６は各々、通路３６の全長を通じて等しい所定の断面積を有 する。複数の熱受容通路４２及び４４はそれぞわへ通路４２及び４４の全長を通 じて等しい断面積を有する。通路４２．３６．４４の各断面積は通路の全長に沿 って互いに等しい所定の厚さを有する。複数の入口通路４６及び出口通路４８は 各々、通路４６及び４８の全長を通じて等しい所定の断面積を有する。通路４６ ．３８．４８の断面積はそれぞれ更に、通路の全長に沿って互いに等しい所定の 厚さを有する。この特別な実施例においては、各通路４２．４４の一定の断面積 及び所定の厚さは互いに等しく、各通路４６．４８の一定の断面積及び所定の厚 さは互いに等しい。更にこの特別な実施例においては、各通路３６及び３８の一 定の断面積及び厚さは互いに等しい。通路の厚さは約３．６６ミ＋Ｊである。

他の方法としては、各通路の一定の断面積及び、或いは又は厚さは増減してもよ い。多くの例では、その面積及び厚さは受容流体１６及び熱供与流体２０の、即 ち熱移動、熱回復が可能な面積の特徴により異なる。

熱交換器１０は更に、コア２２を部分的に囲う又熱交換器１０の一部であるハウ ジング６４を有する。ハウジング６４は、概して円筒形の外装板６６、端板６８ 及びエンジン１２に取り付けるための取付装着アダプタ７０とを存する。他の例 として、取付アダプタ７０或いはハウジング６４はエンジン１２の一部であって もよい。複数のタイロッド７２は端部板６８及び装着アダプタ７０を連結し、ハ ウジング６４をより剛性にする。

作動中供与流体２０は、入口通路４６、熱供与通路３８及び閏５の矢印７４によ り示される第−作動圧力或いは力を及ぼす出口通路４８とを通過する。受容流体 １６は入口通路４２、熱受容通路３６及び通路３４．３２．３６で図５の矢印７ ６により示される第二作動圧力或いは力を及ぼす出口通路４４とを通過する。

第−及び第二作動圧力フ４．７６は異なる圧力値を有するので、組み合わされた 力がセル３４を分離させようとする。熱交換器１０は更に、セル３４を分離させ ようとする力に抵抗する手段４８及び供与流体２０即ち受容流体１６を密封する 手段８０とを有する。手段８０は、供与流体２０がコア２２を通過し、又コアに 入る前及びコア２２を通過した後の受容流体１６を密閉することを保証する。セ ル３４を分離させようとする力に抵抗する手段７８は流体１６．２０のうちより 高温の方のみの温度に応答して熱交換器１０にかかる所定の力を維持する。

熱受容通路３６は吸気装置１４に連結さ肱熱供与通路３８は排気装置１８に連結 される。エンジン１２とコア２２との間に配されるのは、通路４２．３６、４４ を通過する前の受容流体１６を配分する手段８２である。受容流体１６の配分手 段８２は、熱受容通路３６から略￥径方向に外側に向かって位置し又コア２２の 略軸方向に外側に位置する概して環状のタンク８４を有する。エンジン１２とコ ア２２との間に配されるのは、通路４２．３６．４４を通過した後の受容流体１ ６を収集する手段８６である。通路４２．３６．４４を通過した後の受容流体１ ６の収集手段８６は、熱受容通路３６から略半径方向に内側に向かって位置し又 コア２２から略軸方向に外側に位置する概して環状のタンク８８を有する。

ガスタービンエンジン１２は、図１及び図２に最も良く示したように従来の設計 を有し、新鮮な大気中の空気或いは本実施例における受容流体１６がコア２２に 入る前に通過する圧縮機部、出力タービン部分く前記どちらも図示されていない ）及び高温排気ガス或いは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を有する。

図２に示されたエンジン１２の吸気装置１４は更に、受容流体１６が通過する、 それぞれ一つだけが図示された複数の入口９０及び出口９２を内部に有する。

図５．６及び７に最も良く示したように、コア２２は複数の個別の両次表面プリ ーツシート１００及び前記シー）１００の間に所定の距離間隔をへだてる間隔手 段１０２とを有する。各シート１００は３つの主要な領域を有する。例えば波形 成いは曲がりくねった回旋状の一次表面中央部分１０４は概して台形を有し又略 台形を有する一対の翼部１０６及び１０８を有する。中央部分１０４は一対の側 部１１０、平行に位置する短端部１１２及び長端部１１４、即ち短端部１１２及 び長端部１１４にそう幅の狭いベルトに位置しそこへの長さが等しい一対のひた 寄せした部分１１６とを有する。翼部１０６及び１０８はそれぞれ、短端部１１ ８及び長端部１２０、中央部分１０４の側部１１０のうち一つと長さが等しい一 側部１２２、又側部１２２より短い側部１２４とを有する。間隔手段１０２は、 短端部１１２と長さが等しい複数の端エツジパー１２８を有し、即ちＸ部１０６ の側部１２４と短端部１１８、中央部分１０４の長端部１１４、又翼部１０８の 短端部１１８及び側部１２４の輪郭に形成される複数の略Ｕ字型のエンシバ−１ ３０をも有する。間隔手段１０２は更に、各翼部１０６即ち１０８の長い方の側 部１２０及び中央部分１０４の短端部１１２と長さが等しい複数の端パー１３４ を有し、又各Ｎ部１０６即ち１．０８の短端部１１８及び中央部分１０４の長端 部１１４と長さが等しい複数のパー１３６をも有する。更に間隔手段１０２に含 まれるのは、概して長方形を有し又入口通路４６の厚さに相当する所定の厚さを 有する複数のスペーサ１３８である。コア２２は更に、長い端部１２０より僅か に短い端部１４２、側部１２２より僅かに短い側部１４４、及び翼部１０６即ち １０８の側部１１８より僅かに短い側部１４９とを有する複数の略三角形の部材 １４０を有する。複数の三角形部材１５０がコア２２に含まれており、長い端部 １２０より僅かに短い端部１５２、側部１２４より僅かに短い側部１５４、側部 】２２より僅かに短い端部１５６及び翼部１０６即ち１０８の側部１１８より僅 かに短い側部１５７とを有する。三角形部材１４０を、側部１４４に対して垂直 に切断した断面を通して見ると、図３に示されるような概して波形の形状が見ら れる。前記波形は熱受容通路３６の厚さに等しい高さを有する。三角形部材１５ ０を、側部１５４に対して垂直に切断した断面を通して見ると、概して波形の形 状１．４０が見られる。前記波形はそれぞむ、対応する受容流体３６及び供与通 路３８の厚さに等しい高さを有する。部品１４０及び１５０の波形は同一ではな い。例えば、部品１５０に備えられた形状は図４に示されるような丸い波頭を有 するのに対し、部品１４０に備えられた形状は丸い角部を伴う平らな波頭を有す る。図６に最も良く示したように、各セル３４は以下の通りに組み立てられる。

端部枠１３４のうち一つは、翼部１０６即ち１０８の長い端部１２０及び中央部 分１０４の短い端部１１２に適した位置に当たる固定器具（図にはない）に配置 される。枠１３６のうち一つは、翼部１０６即ち１０８の短い端部１１８及び中 央部分１０４の長い端部１１４に対応する位置と一致する上記の固定器具に配置 される。個々のシート１００は端部枠１３４及び端部１３６の適切な部分に当た るひた寄せ部分１１６で固定器具に配置される。エツジパー１２８のうち一つは 中央部分１０４の短い端部１１２について配置され、Ｕ字型エツジパー１３０は 個々のシート１００について配置される。一対の三角形部材１４０は、対応する 翼部１０６及び１０８に相互に逆位置に配され固定される。

本実施例において、スペーサ１３８のうち３つは、最後にコア２２の内側部分２ ８となる翼部１０６のみの側部１２４に沿って均等に間隔をへだてて配置されて いる。他の例として、スペーサ１３８は、供与流体２０の流れが過度に制限さａ たり遮られたりしない限り側部１２４に沿って、いくつ使用されてもよい。固定 器具が閉じられるきシート１００、三角形部材１．４０．１５０及び間隔配置手 段１０２は曲げられて、それらがインボリュート形をなすよう形成される。回旋 状の中央部分は、曲がりくねった回旋の軸が略前記インボリュート状と一致する ように曲げられる。かくして、通路３６．３８の全長に沿う一定の断面積は略同 じである。構成部品は互いに溶接されて構成部品をインボリュート状に保つ。他 の例として、セル３４を組み立てる前に個々のシー）１００及び間隔手段１０２ は曲げられるか、或いは適切なインボリュート状に形成されてもよい。更に一対 のシー）１００及び間隔手段１０２は、入口４２、受容通路３６及び出口４４を その間に形成し、仕上げられたセル３４を作る。コア２２に組み込まれる前に優 れた溶接部及び構成部品を保証するために、セル３４は圧力検査を受ける。

図５に最も良く示したように、個々のシート１００はそれぞれａ、ｂ、ｃ、ｄ。

ｅ、及びｆにより示された複数の角部を有する。各セル３４の対応する角部は、 他の一つのセル３４と接するように整列されて積み重ねられて、対応する翼部１ ０６及び１０８と隣接して配置される。図２及び図７に示されるように積み重ね られたセル３４は、それらの縁の一部に沿って複数の円周方向溶接部１７０を存 する固定手段４０により固定され、積み重ねられた環状配列となるようセル３４ を固定する。セル３４の複数の角部は互いに溶接される。

この特定の実施例では、円周方向溶接部１７０は、角部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及び ｆの各々を溶接するために使用される。コア２２の内側部分２８は所定の周長を 有し、コア２２の外側部分３０も又所定の局長を有する。コア２２の内側部分２ ８の所定の周長は、複数の直線距離Ｄ１を組み合わせて作られる。距離ＤＩは各 々、コア２２の内側部分２８の各シー）１００のそれぞれの側部から測定される 。セル３４のインボリュート形状により、距離Ｄ１より大きい距離Ｄ２はコア２ ２の外側部分３０の各シート１００のそれぞれの側部から測定される。距離Ｄｉ の組合せ或いは付加により内側部分２８の所定の周長よなり、又距離Ｄ２の組合 せ或いは付加によりコア２２の外側部分３０の所定の周長となる。

図１及び図２に示されるように、セル３４即ちその間に位置する通路４６．３８ ．４８を分離させようとする力に抵抗する手段７８のさらなる一部は、コア２２ の外側部分３０のまわりに位置決めされた複数の均等に間隔をへだでて配置され た個々のテンションリング１８０及びコア２２の内側部分２８に整列されたスペ ーサパー１３８を円周方向に連結する複数の溶接部１８２を有する。複数のテン ションリング１８０は、コア２２の膨張率と緊密に調和した膨張、収縮率を有す る。前記複数の円周上の溶接部１８２及びスペーサ１３８は複数の圧縮フープ１ ８４を形成する。フープ１８４は、円周方向にスペーサ１３８と整列さね、又コ ア２２に沿って均等に間隔をへだてて配置さ汰セル３４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。

図２にて最も良く示したように密封手段８０の一部は、コア２２に入る前の冷却 受容流体流体１６とコア２２を出た後の加熱された受容流体１６との間に配置さ れたマニホルド１８８を有する。受容流体１６を囲む器具１９０も含まれており 、前記器具はハウジング６４の端部板６８と接触するコア２２の一方の端部を支 える付勢手段１９６として機能する内側部分１９２及び外側部分１９４を有する 。

図２に示されるように密封手段８０は更に、供与流体２０がコア２２を通過する よう排気装置１８を密封するようになった部分を含む。

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、大気中の空気或いはその時点で 熱交換器１０の入口通路４２、熱受容通路３８及び出口通路４４を通される受容 流体１６を圧縮する。排気ガス或いはエンジン１２内の燃焼からくる供与流体２ ０は、熱交換器１０の入口通路４６、熱供与通路３８及び出口通路４８を通過し てエンジン１２に再び入る前の熱交換器内の受容流体１６を加熱し温度を上げる 。受容流体はその時点で燃焼室の燃料と混合され、燃焼されて供与流体２０とし て排出される。従ってエンジン１２の作動中は、受容流体がコア２２に入る時点 から加熱された受容流体１６がコア２２をでる後までの−続きの循環作用が起こ る。

特にエンジン１２が自動車或いは船舶に利用されるように振動の多い荷重のもと で使用される場合、エンジン１２の循環作用は排気ガスの温度を上下させる。

更に取入れ空気及び排気ガスの量即ち圧力は循環作用により変化する。従って熱 交換器の構成部品の構造全体は極限まで圧力をかけられる。

熱交換器は、以下のように機能するのが最適である。受容流体１６の短距離の流 れは、側部１４４の短い方の長さに沿って三角形部材１４０即ち波形−次表前中 央部分１０４の短い方の長さを通過し、側部１４４の短い方の長さに沿って環状 タンク８８へと移動する。受容流体１６の長距離の方の流れは、側部４４４の長 い方の長さに沿って波形−次表前中央部分１０４の長い方の長さを通過し、側部 １４４の長い方の長さに沿って環状タンク８８へと移動する。供与流体２０の長 距離の方の流れは、長い方の端部１５２に最も近い三角形部材１５０、波形−次 表前中央部分１０４の短い方の長さ、及び長い方の端部１５２に最も近い三角形 部材１５０を通過する。供与流体２０の短距離の方の流れは、短かい方の端部１ ５７に最も近い三角形部材１５０、波形−次表前中央部分１０４の長い方の長さ 及び短い方の端部１５７に最も近い三角形部材１５０を通過する。かくして、高 温の流体がシート１００き熱伝達関係にある時間は、低温の流体がシート１００ と熱伝達関係にある時間よりも短く、かくして、熱受容流体１６の一様な加熱を 生じる。

一定の断面積及び所定の厚さは、−次表面熱交換器の生産性を高める。一方の端 部が他の端部に対して異なる厚さを有するひだに対し一定の厚さを有する各ひだ を形成するほうがはるかに簡単である。例えばひだの異なる厚さを形成するため に使用される打抜き型は、他方の端部より深い溝を有する一方の端部を有する。

従って打抜き型の材料供給及び消耗率は、製造上の問題を引き起こす。間隔配置 手段１０２の生産性も即ち、スペーサが所定の一定の厚さを有するため、通路４ ２．３６．４４及び４６．３８．４８の全長を通じて一定である断面積により高 められる。コスト及び補修可能性は大幅に削減さむ、生産性は一定の変わらぬ厚 さの利用によりかなり増されることが可能である。更に供与流体２０が内側部分 ２８から外側部分３０へと通過する際の環状熱交換器においては、通路の全長を 通じて異なる断面積が望ましい。しかしながら供与流体は内側部分２８から外側 部分３０へと流れるとき温度が下がり、かさが減って密度が増すので入口は出口 より大きい方が望ましい。内側部分２８の周長が外側部分３０の周長より小さけ れば、もし可能であったとしてもそのような設計を効果的に備えることは困難で ある。セル３４の螺旋状の構造により、複数の通路４２．３６．４４及び４６． ３８．４８は通路４２．３６．４４及び４６．３８．４８の全体を通して一定の 断面積を有することができ、広い出口に対して小さい入口を有するよりは効率が よい。更に以下のことが実証されている。供与流体はまずコア２２に入る時その 高温熱値を失い、供与流体２０からより多くの熱を徐々に伝えるために供与流体 は温度が下がる時、より長時間の間コア２２に留まっていなければならない。従 って通路の全長を通じて一定である断面積は、現在の環状熱交換器よりも機能上 の効率を上げる。又受容流体１６は外側部分３０から内側部分２８への反対方向 の流れに向かっているので、より多量の熱が供与流体２０から受容流体１６へ伝 えられることは可能である。コア２２の外側部分３０付近の冷却供与流体２０は 冷却受容流体１６を加熱し、内側部分２８付近の高温供与流体２０はコア２２の 内側部分２８付近の予熱された受容流体１６を加熱する。かくして、より多量の 熱伝達が本環状熱交換器によりなされる。

討から理解することができる。

国ａ！１８６４ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の熱受容通路（３６）と複数の熱供与通路（３８）とを内部に有するコ ア（２２）を備え、前記熱受容通路（３６）が作動中内部に受容流体を有すると 共に前記熱供与通路（３８）が作動中内部に供与流体を有する熱交換器（１０） であって、 前記コア（２２）が、通路（３６、３８）のうち一方を各々内部に構成する複数 の積み重ねられた一次表面セル（３４）を有し、セル（３４）が互いに固定され て略環状のコア（２２）を形成し、隣接したセル（３４）がその間に通路（３６ 、３８）の他方を形成し、 前記複数の各セル（３４）が、インポリュート状に湾曲した形を有して少なくと も一対の一次表面プリーツシート（１００）を有し、前記熱受容通路（３６）の 各々が、通路（３６）の全長を通じて一定の断面積を有し、 前記熱供与通路（３８）の各々が、通路（３８）の全長を通じて一定の断面積を 有することを特徴とする熱交換器（１０）。 ２．熱受容通路（３６）及び熱供与通路（３８）の全長を通じての一定の前記断 面積は、互いに等しいことを特徴とする請求の範囲第１項記載の熱交換器（１０ ）。 ３．更に、受容通路（３６）を通過する前に受容流体（１６）を配分するための 手段（８２）と、受容通路（３６）を通過した後の受容流体（１６）を収集する ための手段（８６）とを有す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）。 ４．前記配分手段（８２）が、熱受容通路（３６）の概して外側に配置された略 環状のタンク（８４）を有す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）。 ５．前記収集手段（８６）が、熱受容通路（３６）の概して内側に配置された略 環状のタンク（８８）を有す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）。 ６．前記一次表面プリーツシート（１００）の各々が、概して台形形状を有する 中央部分（１０４）を有す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）。 ７．前記台形が一対の平行な端部（１１２、１１４）と、一対の側部（１１０） と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）。 ８．前記一次表面プリーツシート（１００）が更に、一次表面プリーツシート（ １００）の各々に取り付けられた複数の翼部（１０６、１０８）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）。 ９．前記翼部（１０６、１０８）が概して台形形状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）。 １０．前記翼部（１０６、１０８）各々が、その間に入口通路（４２、４６）と 出口通路（４４、４８）のうち一方を構成し、又前記通路（４２、４４、４６、 ４８）が通路（４２、４４、４６、４８）の全長を通じて一定の断面積を有する ことを特徴とする請求の範囲第８項記載の熱交換器（１０）。 １１．入口通路（４２、４６）及び出口通路（４４、４８）の全長を通じて一定 の前記断面積は、熱受容通路（３６）及び熱供与通路（３８）のうちの一方の全 長を通じて一定の断面積に等しいことを特徴とする請求の範囲第１０項記載の熱 交換器（１０）。 １２．入口通路（４２、４６）及び出口通路（４４、４８）の全長を通じて一定 の前記断面積は熱受容通路（３６）及び熱供与通路（３８）の全長を通じて一定 の断面積に等しいことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の熱交換器（１０） 。 １３．供与流体｛２０）をその一部として有する排気装置（１８）と、受容流体 （１６）をその一部として有する吸気装置（１４）と、内部に複数の熱受容通路 （３６）及び複数の熱供与通路（３８）を有するコア（２２）を備えた熱交換器 （１０）と、前記コア（２２）を囲むハウジング（６４）とを有するガスタービ ンエンジン（１２）であって、 前記コア（２２）が、通路（３６、３８）のうち一方を各々内部に構成する複数 の積み重ねられた一次表面セル（３４）を有し、前記セル（３４）が互いに固定 されて略環状のコア（２２）を形成し、隣接したセル（３４）がその間に通路（ ３６、３８）の他方を形成し、 前記複数の各セル（３４）が、インポリュート状に湾曲した形を有して少なくと も一対の一次表面プリーツシート（１００）を有し、前記熱受容通路（３６）の 各々が、通路（３６）の全長を通じて一定の断面積を有し、 前記熱供与通路（３８）の各々が、通路（３８）の全長を通じて一定の断面積を 有することを特徴とするガスタービンエンジン（１２）。 １４．熱受容通路（３６）及び熱供与通路（３８）の全長を通じて一定の前記断 面積は、互いに等しいことを特徴とする請求の範囲第１３項記載のガスタービン エンジン（１２）。 １５．更に、受容通路（３６）を通過する前に受容流体（１６）を配分するため の手段（８２）と、受容通路（３６）を通過した後の受容流体（１６）を収集す るための手段（８６）とを有することを特徴とする請求の範囲第１３項記載のガ スタービンエンジン（１２）。 １６．前記配分手段（８２）が、熱受容通路（３６）の概して外側に配置された 略環状のタンク（８４）を有することを特徴とする請求の範囲第１５項記載のガ スタービンエンジン（１２）。 １７．前記収集手段（８６）が、熱受容通路（３６）の概して内側に配置された 略環状のタンク（８８）を有することを特徴とする請求の範囲第１５項記載のガ スタービンエンジン（１２）。 １８．前記一次表面プリーツシート（１００）各々が、概して台形形状を有する 中央部分（１０４）を有することを特徴とする請求の範囲第１３項記載のガスタ ービンエンジン（１２）。 １９．前記台形が一対の平行する端部（１１２、１１４）と、一対の側部（１１ ０）とを有することを特徴とする請求の範囲第１８項記載のガスタービンエンジ ン（１２）。 ２０．前記一次表面プリーツシート（１００）が更に、一次表面プリーツシート （１００）の各々に取り付けられた複数の翼部（１０６、１０８）を有すること を特徴とする請求の範囲第６項記載のガスタービンエンジン（１２）。 ２１．前記翼部（１０６、１０８）が概して台形形状を有することを特徴とする 訴求の範囲第８項記載のガスタービンエンジン（１２）。 ２２．前記翼部（１０６、１０８）がそれぞれ、その間に入口通路（４２、４６ ）と出口通路（４４、４８）のうち一方を構成し、又前記通路（４２、４４、４ ６、４８）が通路（４２、４４、４６、４８）の全長を通じて一定の断面積を有 することを特徴とする請求の範囲第２０項記載のガスタービンエンジン（１２） 。 ２３．前記入口通路（４２、４６）及び出口通路（４４、４８）の全長を通じて 一定の前記断面積が、熱受容通路（３６）及び熱供与通路（３８）のうちの一方 の全長を通じて一定の断面積に等しいことを特徴とする請求の範囲第２２項記載 のガスタービンエンジン（１２）。 ２４．入口通路（４２、４６）及び出口通路（４４、４８）の全長を通じて一定 の前記断面積が、熱受容通路（３６）及び熱供与通路（３８）の全長を通じて一 定の断面積に等しいことを特徴とする請求の範囲第２２項記載の熱交換器（１０ ）。