JPH06504602A - ガスタービン流体用熱交換装置 - 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】 ガスタービン流体用熱交換装置 本発明は、熱交換装置に関し、特にガスタービンエンジン、特に航空機のエンジ ンに関して使用される熱交換装置に関する。

ガスタービンエンジンの航空機エンジンにおいて、燃料及びオイルの温度がエン ジン操作の全範囲にわたって適当になるようにエンジンの燃料及びエンジンのに おいて、燃料オイルが承諾できる限界の外側に外れることを回避するために独立 して加熱または冷却する必要があることが分かった。

本発明は、さらに有利な構成を提供し、それによってエンジン潤滑油は、エンジ ン燃料に関する熱交換器に入る前に選択的に加熱または冷却される。

従って、本発明は、エンジンからのエンジン潤滑油を受け、そのオイルを熱交換 器媒体と熱交換の関係にするようになっている第１の熱交換器と、第１の熱交換 装置からのエンジンオイルを受け、それをエンジン用の燃料と熱交換の関係にし 、オイルをエンジンに戻すようになっている第２の熱交換器と、エンジンからの 潤滑油を選択的に冷却し及び加熱するためにオイルが第１の熱交換器に入る前媒 体と熱交換の関係にするようになっている第１の熱交換器と、第１の熱交換装置 からのオイルを受け、それをエンジン用の燃料と熱交換の関係にし、エンジンオ イルをエンジンに戻す第２の熱交換装置と、前記熱交換媒体の高温及び低温源と 、オイルと熱交換媒体との間の熱流の方向が所定の範囲を越えて燃料温度が拡散 することを防止するために必要に応じて変化させることができるように第１の熱 交換装置を介して熱交換媒体の高温と低温源からの流れを調整するためのバルブ 装置とを有する潤滑油装置と燃料供給装置とを有するエンジンがターボファン航 空機エンジンならば、熱交換器媒体は、エンジンコンプレッサからの熱い空気流 か、自由流からまたはガスタービンエンジンの冷却空気流からの冷却空気流のい ずれかである。

制御バルブまたはバルブは、第１の熱交換器への空気流を制御するために設けら れる。

本発明は、本発明による熱交換装置の１つの形状を概略的に示す添付図面を参照 して特に説明される。

１枚の図面は、長手方向軸線方向のターボファン航空機エンジンの部分並びに本 発明による熱交換装置及びそれに関する流体流を示す。

実物大ではない図面を参照すると、熱交換装置またはシステムＩＯは、エンジン の外側ケーシングまたはカウリング１６の外壁及び内壁１６Ａ、１６Ｂの間に形 成されたダクト１４内に配置されている第１の空気／オイル熱交換器１２を有す る。冷却低圧圧縮空気１７は、完全に可変のバタフライまたはフラップバルブ２ ０の制御の下に小さいダクト１９からダクト１４に入ることができ、このフラッ プバルブ２０は、電子エンジンコントローラ（ＥＥＣ図示せず）のソフトウェア の制御の下に作動されるアクチュエータ（図示せず）を有する。アクチュエータ 及び電子コントローラの双方は、工業界でほぼよく知られたタイプである。また ダクト１４は、ダクト２２を通って熱い高圧空気２１を受け、空気２１は、エン ジンの中央部分２７のコンプレッサ（図示せず）から分岐される。”ダクト２２ からダクト１４に通過する空気流は、ＥＥＣによって制御され、既知のタイプで ある小さいロークリバルブ２４の制御の下にある。

図示するようにダクト１９は好ましくは、ターボファンのエンジンの環状バイパ スダクト２５の外側の境界を形成するカウリング１６内の内壁１６Ｂのティクオ フポイントに接続されている。空気１７の圧力及び温度は、図面に示されるエン ジンの部分の前方に配置されたファンロータによって圧縮されることによってわ ずかに大気の温度以上に上昇する。この構成他の可能性のある変形例は、冷たい 及び低い圧力空気が必要ならば、瞬間的にケーシング１６の外面１６Ａ上のラム （ｒａｍ）空気取り入れが必要となる飛行中、エンジンの外側を流れる自由な空 気流Ｆから空気を取り込む必要がある。ダクト１４内の熱交換器１２を通過した 後、空気は、自由流の空気Ｆと混合させるためにカウリング１６の外壁１６の出 口ルーバー１６Ｃから排出される。

バルブ２０及び２４は、示したように独立して作動し、１つのユニット内に組み 込まれている。１つのユニット内に組み込まれている場合に、１つのロータリー バルブは、冷たい及び熱い空気のために２つの範囲の動きをするために製造され ており、バルブは１つのアクチュエータによって制御される。

図示されるように、また熱交換器１２は、バルブ２０を通るバイパスダクト２５ からの比較的に冷たい空気の流れか、または制御バルブ２４を通るエンジンコン プレッサからの比較的熱い空気の流れの外にエンジンからのエンジン潤滑油の流 れを受ける。

また熱交換システム１０は、好ましくはエンジンの中央部分２７の外壁またはフ ェアリング内に取り付けられている第２の熱交換器２６を含む。それは熱交換器 １２からのエンジン潤滑油を受け、オイルを残りの潤滑油装置に排出する。また 熱交換器２６は、エンジンの燃料装置の前の（ｅａｒｌｉｅｒ）低圧部分内の低 圧燃料ポンプ（図示せず）からエンジンの燃料を受け、燃料調整ユニット及びエ ンジンの燃焼器に導くエンジンの燃料装置の後ろの部分の高圧燃料ポンプ（図示 せず）にフィルタを介して燃料を排出する。

オイルはファンダクト２５の内側のエンジンの中央部分２７から熱交換器１２ま で搬送され、ダクトをわたる支柱またはファン出口ガイドベーン２９の中空の内 側を通るパイプによって再び戻される。支柱またはベーン２９は、このような支 柱またはベーンのアレイの一部であり、このような支柱またはベーンは、エンジ ン２７の中央部分のまわりのバイパスダクト２５内で傾斜して間隔をおいている 。コンプレッサからの空気２１は、好ましくは、異なるが傾斜して隣接した支柱 またはベーン内を通ってこのような方法でファンダクトをわたるように搬送され る。

熱交換装置１０の目的は、必要とされるときに、エンジン潤滑油を冷却し、エン ジン燃料を加熱し、エンジン潤滑油を加熱することによって、エンジン燃料を間 接的に加熱し、エンジン燃料温度を制御し、エンジンのスロットルを戻した後に 燃料装置の低圧部分で燃料を冷却することである。特に、エンジン潤滑油は、燃 料をヒートシンクとして使用する二とによって冷却され、燃料及び／またはオイ ルはエンジンの潤滑油をあらかじめ冷却することによって冷却され、燃料はエン ジン潤滑油を予め加熱することによって加熱される。

これらの目的を達成するためにエンジンの潤滑油及び燃料供給装置の温度は、Ｅ ＥＣに対するセンサ（図示せず）によって信号化され、バルブ２０及び２４のソ フトエア制御によって所望の所定の範囲内に維持される。この方法によるバルブ の動作は、熱交換装置１０が作動する４つの制御モードにリンクされている。

第１の正常な制御モードは、エンジン動作の最大の経済性のために好ましい場合 に、バルブ２０及び２４を閉鎖したままに維持することによって、またはバルブ ２４を閉鎖したままにし、バルブ２０を変調、すなわちそれを変化する範囲まで 開放することによってオイル及び燃料の温度を所望の所定の制限内に維持すると きに使用される。双方のバルブが閉鎖されることによって、オイルは冷却される 。なぜならば、オイルからの熱は、熱交換器２６を通って流れる燃料に伝達され 、その後この熱は燃料によってエンジンの燃焼器に伝達される。バルブ２４が閉 鎖され、バルブ２０が調整されるときに、燃料はその上限の温度以下に保持され るために冷却される。なぜならば、燃料からの熱は、熱交換器２６を通って流れ るオイルに渡され、次にダクト１４内の熱交換器１２を通って流れる冷却空気１ ７に伝達される。

オイルの温度が所定の上限上にあるときに第２の制御モードが使用され、燃料の 温度が制限内にあるようにする。ここでバルブ２０は調整され、バルブ２４は閉 鎖され、オイルはオイルからの熱がダクト１４内の熱交換器１４を通って流れる 冷却空気１７に伝達されるから冷却される。

第３の制御モードは、所定の低い制限以下のとき使用されるが、オイルの温度は 、制限以下である。ここでバルブ２０は、閉鎖されるが、バルブ２４は、（変化 する程度に追加的に開放され、燃料が加熱される。なぜならば、圧線空気２１か らの空気は第１に熱交換器１２を通って流れるオイルに伝達され、次に熱交換器 ２６を通って流れる燃料に伝達される。

第４の制御モードは、後に説明するような高度でエンジンが停止した後にのみ使 用される。

この分野での当業者は、熱交換器１２が多数の目的、主に、補給オイルの冷却を 行い、エンジン燃料温度の間接的な制御を行い、エンジンのスロットルｌくツク の次の間接的な燃料冷却を行う目的を有することは理解できよう。

第１または第２の正常な制御モードにおいて、熱交換器２６を使用するエンジノ 潤滑油用の第１のヒートシンクは、エンジンの燃料である。このヒートシンクの 実際の容量は、燃料装置に入る燃料に応じて、燃料装置を通って燃焼室への燃料 の流速によって変化する。燃料装置の温度センサを介してＥＥＣによって監視さ れるとき、ヒートシンクとしての実際の燃料の容量が達成されるとき、熱交換ａ ３１２は、変化可能な制御バルブ２０を通ってエンジンバイパスダクト２５から の冷却空気１７を受けるようにされ、熱交換器１２を通る空気流１７は、エンジ ン燃料装置からの燃料温度信号に応答してバルブ２０によって変調される。従っ て、熱交換器１２を通るオイルはエンジンバイパス空気によって冷却され、燃料 温度の制限は、燃料が熱交換器２６に流れ込む前にオイルを予め冷却することを 介して間接的な燃料冷却によって達成される。

バルブ２０のアクチュエータは、エンジン燃料またはコンプレッサ空気によって 作動される。代替案としてアクチュエータは電気的な動力であってもよい。前音 の場合において、アクチュエータを介するバルブ２０の変調は、ＥＥＣに接続さ れたサーボ（図示せず）によって達成される。後者の場合において、ＥＥＣ制御 は、アクチュエータに向けられる。エンジンのコントローラへの位置的なフィー ドバック信号は、リニア可変差動変圧器または同様の装置によって提供される。

安全の理由によって、変調バルブ２０の故障モードは開放位置である。

簡ｍにしたダイヤフィルムには示されないが、種々の追加的な燃料流通路は、燃 料装置の後者の部品によっては必要とはされない燃料装置の前者の部分を通って 燃料を再循環させるために燃料装置内に備えられている。燃料ポンプを通った燃 料の再循環は、その上に作用する作業によって、その温度を増加させ、低いエン ジン動力で、燃料の大きな部分が再循環されるときに、高い燃料温度は、特別の 問題である。バルブ２０が開放することによって熱交換器１２は、この問題を防 止するために燃料装置の低圧部分を十分な間接的な冷却を行うことができる。

Ｉ・述したような熱交換装置１０の第２の制御モードによって、熱交換器１２を 通るエンジンバイパス空気流は、可変バルブによって再び制御され、コンプレッ サ空気２１は、閉鎖される。しかしなが呟バルブ２０の必要な変調は燃料温度信 号に応答する変わりにセンサからのオイル温度信号に応答してＥＥＣから信号が 供給される。

第３の制御モードは、循環オイルからの熱交換器２６を通る燃料加熱効果が燃料 内に氷の粒子を形成する危険性を防止するために不適当であるとき、ある冷たい 燃料作動状態の下に使用されるだけである。次に、燃料の補助加熱を提供する必 要がある。次に燃料の追加の加熱を行う必要がある。熱交換装置１０は、熱交換 器２６からの燃料出口温度が氷を形成する危険が最も大きいコンポーネントであ る燃料フィルタ２８の直前またはその中の燃料温度センサによって０°Ｃ以下で あるときこれを行う。間接的な追加の燃料の加熱は、熱交換器１２内のエンジン 潤滑油をあらかじめ加熱することによって達成される。この場合において、ダク ト２２及び１４を通って流れる熱いコンプレッサ空気は、バルブ２４の制御のド にオイルを加熱するために使用される。

バルブ２４は、エンジン燃料装置からの低い燃料温度信号の応答してＥＥＣから の信号の命令の下に作動する。このバルブの故障モードは閉鎖位１にある。それ はソレノイド（図示せず）によって作動する。なぜならば、バルブ２４を通る空 気流は現在の好ましい構成においで調整されず、必要な空気流はダクト２２のリ ストリクタ３０によって制御されるからである。この構成は、熱交換器１２のコ ンプレッサの空気の短い期間の使用に適している。しかしながら、コンプレッサ の空気が長い期間にわたって熱交換器１２内で使用されることになれば、コンプ レッサ空気の消費を最小にするために完全に可変の調整タイプのバルブ２４を使 用することが望ましい。

４番目の制御モードは、所定の高度での次のエンジンの停止に続いて使用される 。熱交換器２６内及びその下流における燃料は飛行中に十分にエンジンが再スタ ートするために必要となる。従って、フライトエンジンの停止に続いて所定の上 限上の燃料温度センサと組み合わされて、バルブ２０が開放位置に向けられ、フ ァンロータが「風車（ウィンドミル）」、すなわち、ノくイノ執ダクト２５を通 って流れる空気流で回転することができるようにする。エンジンの風車状態で熱 交換器の冷却容量が燃料温度が必要な値に低下するように配置される。

上述した説明から、本発明の熱交換は、既知の構成を使用して達成される広し） 範囲の作動状態にわたる燃料の温度を最適化することが分かる。

国際調査報告　＋１１’Ｙ／ｌ！Ｅｌ　＠１／ロフフ＠直

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．エンジンからのエンジン潤滑油を受け、そのオイルを熱交換器媒体と熱交換 の関係にするようになっている第１の熱交換器と、第１の熱交換装置からのエン ジンオイルを受け、それをエンジン用の燃料と熱交換の関係にし、オイルをエン ジンに戻すようになっている第２の熱交換器と、エンジンからの潤滑油を選択的 に冷却し及び加熱するためにオイルが第１の熱交換器に入る前に熱交換媒体の温 度を制御するための装置とを有する熱交換装置。
2. ２．潤滑油装置からのオイルを受け、そのオイルを熱交換器媒体と熱交換の関係 にするようになっている第１の熱交換器と、第１の熱交換装置からのオイルを受 け、それをエンジン用の燃料と熱交換の関係にし、エンジンオイルをエンジンに 戻す第２の熱交換装置と、前記熱交換媒体の高温及び低温源と、オイルと熱交換 媒体との間の熱流の方向が所定の範囲を越えて燃料温度が拡散することを防止す るために必要に応じて変化させることができるように第１の熱交換装置を介して 熱交換媒体の高温と低温源からの流れを調整するためのバルブ装置とを有する潤 滑油装置と燃料供給装置とを有する燃焼エンジン用の熱交換装置。
3. ３．熱交換媒体は空気からなる請求項１または２に記載の装置。
4. ４．熱交換媒体の低温源は、ターボファン航空機のバイパスダクトからの空気を 有する請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. ５．熱交換媒体の高温源は、エンジンのコンプレッサからの空気を有する請求項 １から４のいずれか一項に記載の装置。
6. ６．第１の熱交換装置は、取り入れ口及び出口を有するダクト内に配置される前 記４つの請求項のいずれか一項に記載の装置。
7. ７．バルブ装置は、熱交換媒体の低温源の入り口からダクトへ第１の熱交換装置 を介する流れを制御するようになっている請求項１から６のいずれか一項に記載 の装置。
8. ８．バルブ装置は、オイルの温度の信号または燃料温度信号に応答して熱交換媒 体の低温源の流れを制御するようになっている請求項１から７のいずれか一項に 記載の装置。
9. ９．バルブ装置は、熱交換媒体の高温源のダクトへ第１の熱交換装置を介する流 れを制御するようになっている請求項６に記載の装置。
10. １０．バルブ装置は、燃料温度信号に応答して熱交換媒体の高温源の流れを制御 するようになっている請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. １１．熱交換媒体の高温源からの流れは、第１の熱交換器に入る前にリストリク タを通過する請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. １２．請求項１から１１のいずれか一項に記載の熱交換装置を含むガスタービン エンジン。