KR20070028219A - 히터용 커넥터 - Google Patents

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KR20070028219A
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heater
strut
turbine engine
cover
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KR1020060074025A
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필립 에머슨 알랙산더
데이비드 알. 리더스
존 본텔
조지 알란 샐리스버리
Original Assignee
유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

입구 스트럿용 히터 시스템 내에 합체되는 커넥터는 테이퍼된 전방 단부와 이에 대향하는 후방 단부를 갖는 본체를 포함한다. 테이퍼된 단부의 외면 상에는 복수의 전방 전기 단자가 형성된다. 본체의 후방 단부 상에는 복수의 후방 전기 단자가 형성된다. 후방 전기 단자는 전방 전기 단자와 전기 접속된다. 테이퍼된 단부 상의 전방 전기 단자는 가열 매트에 형성된 가열 요소에 연결된 복수의 전기 접촉부와 전기 접촉된다. 가열 매트는 커넥터를 완전히 덮는다. 히터 매트는 사실상 강성의 외부 덮개 내에 형성된다.
가스 터빈 엔진, 입구 스트럿, 커넥터, 히터 매트

Description

히터용 커넥터 {CONNECTOR FOR HEATER}
도1은 본 발명이 사용될 수 있는 가스 터빈 엔진의 단면도.
도2는 히터 시스템이 전개된 상태에서 입구 케이스와 입구 스트럿의 일부 구역을 도시한 사시도.
도3은 조립 위치에서 도2의 덮개, 히터 매트, 커넥터 및 입구 스트럿을 도시한 단면도.
도4는 커넥터의 후방 사시도.
도5는 부분적으로 비절첩 위치에 있는 히터 매트의 사시도.
도6은 도5의 히터 매트 상에 마련된 탭과 접촉부의 확대 후방 사시도.
도7은 히터 매트와 덮개 내측의 커넥터의 확대 단면도.
도8은 몰드 상에서 제조 동안 도2의 가열 시스템의 단면도.
도9는 도7의 소켓을 도시한 사시도.
도10은 다른 히터 매트의 사시도.
도11은 다른 커넥터에 연결된 도10의 히터 매트를 도시한 도면.
도12는 도11의 히터 매트와 커넥터를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 엔진
11: 터빈
14: 팬
16: 압축기
18: 연소부
19: 베인
20: 터빈 블레이드
24: 입구 케이스
26: 입구 스트럿
28: 가열 시스템
30: 히터 매트
32: 전기 가열 요소
34: 전방 단부
36: 후방 단부
38: 전기 커넥터
40: 외부 덮개
46: 소켓
48: 전력 케이블
본 발명은 미국 해군에 의해 수여된 N00019-02-C-3003 하의 정부 지원에 따라 이루어진 것이다. 미국 정부는 본 발명에 대한 소정의 권리를 갖는다.
본 발명은 일반적으로 터빈 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터빈 엔진의 입구 케이스의 내부 스트럿을 위한 히터용 커넥터에 관한 것이다.
일부 가스 터빈 엔진, 특히 군사용 항공기의 가스 터빈 엔진은 팬 전방에 위치한 입구 케이스 내에 입구 스트럿을 포함한다. 입구 스트럿 상에는 눈과 얼음이 쌓여 가스 터빈 엔진의 작업을 방해할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양수인은 입구 스트럿용 히터 시스템을 개발하였다. 히터 시스템은 내부에 복수의 금속 전기 트레이스 또는 가열 요소가 형성된 가요성 고분자 매트를 포함한다. 매트는 입구 스트럿 둘레에 설치된다. 가열 요소를 통해 흐르는 전류는 매트 내에 열을 생성해서 입구 스트럿 상에 쌓이는 모든 눈과 얼음을 녹여 없앤다.
본 발명은 입구 스트럿용 히터 시스템 내에 포함되는 커넥터를 제공한다. 커넥터는 테이퍼된 전방 단부와 이에 대향하는 후방 단부를 갖는 본체를 포함한다. 테이퍼된 단부의 외면 상에는 복수의 전방 전기 단자가 형성된다. 본체의 후방 단부 상에는 복수의 후방 전기 단자가 형성된다. 후방 전기 단자는 전방 전기 단자와 전기적으로 접속된다.
테이퍼된 단부 상의 전방 전기 단자는 가열 매트 내에 형성된 가열 요소에 연결된 복수의 전기 접촉부와 전기 접촉되어 있다. 가열 매트는 커넥터를 완전히 에워싼다. 히터 매트는 사실상 강성의 외부 덮개 내에 형성된다.
커넥터의 후방 전기 단자는 외부 덮개와 히터 매트가 입구 스트럿 상으로 삽입될 때 입구 스트럿 상에 형성된 소켓과 전기적으로 접촉된다. 따라서, 히터 매트에 대한 전원은 입구 스트럿 상의 소켓으로부터 커넥터를 거쳐 히터 매트 내의 가열 요소로 제공된다.
본 발명의 다른 장점은 첨부 도면과 함께 후술하는 상세한 설명을 참조함으로써 이해될 수 있다.
도1은 엔진 중심선 또는 축방향 중심 축선(12)을 중심으로 원주 방향으로 배치된 동력 생성 또는 추진에 사용되는 가스 터빈과 같은 가스 터빈 엔진(10)을 도시한다. 엔진(10)은 팬(14)과 압축기(16)와 연소부(18)와 터빈(11)을 포함한다. 주지된 바와 같이, 압축기(16)에서 압축된 공기는 연소부(18)에서 연소된 연료와 혼합되어 터빈(11)에서 팽창한다. 터빈(11)은 팽창에 응답해서 회전함으로써 압축기(16)와 팬(14)을 구동시키는 회전자(13, 15)를 포함한다. 터빈(11)은 번갈아 마련되는 터빈 블레이드(20)와 베인(19)의 열을 포함한다. 팬(14)은 팬(14) 전방의 입구 케이스(24)에 의해 에워싸여 있으며, 입구 케이스(24)는 그 내측에 위치된 복수의 입구 스트럿(26)에 의해 지지된다. 각각의 입구 스트럿(26)은 가열 시스템(28)에 의해 덮혀 있다. 도1은 단지 설명을 위해 어느 정도 개략적으로 도시한 것이며, 전력 생성, 항공기 등을 위한 가스 터빈 엔진에 사용될 수 있는 본 발명을 제한하지 않는다. 또한, 다양한 유형의 가스 터빈 엔진이 있을 수 있으며, 이들 중 많은 것들이 도시된 구조에는 언급되지 않은 본 발명으로부터 효과를 얻을 수 있다.
도2는 하나의 입구 스트럿(26)과 가열 시스템(28)의 전개 사시도이다. 가열 시스템(28)은 일반적으로 내부에 복수의 전기 가열 요소(32)가 형성된 히터 매트(30)를 포함한다. 일반적으로, 히터 매트(30)는 캡톤(Kapton)과 같은 가요성 고분자인 반면, 가열 요소(32)는 접착제에 의해 히터 매트(30)에 부착되거나 캡톤 내에 인서트 성형될 수 있는 포일일 수 있다. 이와 달리, 가열 요소(32)는 히터 매트(30) 상에 스퍼터 증착에 의해 형성될 수 있다. 가열 요소(32)는 티탄, 구리 또는 그 밖의 적절한 재료일 수 있다. 히터 매트(30)는 절첩된 전방 단부(34)와 개방된 후방 단부(36)를 형성하도록 절첩된다. 전기 커넥터(38)는 가열 요소(32)에 전기적으로 접속되고 히터 매트(30)의 전방 단부(34) 내에 위치된다. 복합 외부 덮개(40)는 전기적 가열 요소(32)의 히터 매트(30) 위에 형성된다. 외부 덮개(40)는 수 많은 겹판으로 형성된 복합 구조물일 수 있으며, 이때 히터 매트(30)는 이들 겹판 중 하나이다.
입구 스트럿의 전방 단부는 가열 시스템(28) 내의 전기 커넥터(38)에 대응하는 소켓(46) 또는 그 밖의 전기 커넥터를 포함한다. 전력은 입구 케이스(24)를 통해 소켓(46)에 연결된 입수 스트럿(26) 내로 이어지는 전력 케이블(48)에 의해 소켓(46)과 전기 커넥터(38)로 공급된다.
비록 도2에는 전개도로 도시되어 있지만, 가열 시스템(28)은 외부 덮개(40)가 히터 매트(30)에 부착된 상태로 선적되어 설치된다. 조립시, 가열 시스템(28)은 전기 커넥터(38)가 도3에 도시된 바와 같이 입구 스트럿(26) 상의 소켓(46)과 전기 접속을 이룰 때까지 히터 매트(30)의 개방된 후방 단부(36) 내로 입구 스트럿(26)을 삽입함으로써 입구 스트럿(26) 상으로 활주된다. 외부 덮개(40)의 전방 단부 내의 충전제(50)는 입구 스트럿(26)을 지지함으로써 가열 시스템(28)의 안전성을 개선할 수 있다. 가열 시스템(28)은 체결구 또는 접착제에 의해 입구 스트럿(26)에 추가로 체결될 수 있다. 가열 시스템(28)[즉, 외부 덮개(40), 가열 요소(32)를 구비한 히터 매트(30) 및 전기 커넥터(38)]은 입구 스트럿(26) 상에 설치되어 제거되고 교체될 수 있다.
도4는 도2 및 도3의 커넥터(38)의 후방 사시도이다. 커넥터(38)는 바람직하게는 비도전성 고분자 또는 복합재로 형성되는 본체(56)를 포함한다. 본체(56)는 만곡되고 경사진 외면(60)을 갖는 테이퍼된 전방 단부(58)를 포함한다. 어느 한 외면(60) 상에는 복수의 전방 단자(62)가 형성된다. 각각의 전방 단자(62)는 전기 커넥터(38)의 본체(56)의 후방 단부(66) 상에 형성된 복수의 후방 단자(64) 중 하나와 전기 접속된다. 도시된 실시예에서, 전방 단자(62)와 후방 단자(64)는 전기 커넥터(38)의 본체(56)에 인서트 성형된 복수의 도전성 금속 소켓(68)(하나만 도시됨)의 대향하는 양 단부 상에 형성된다.
도5는 부분적 비절첩 위치에 있는 히터 매트(30)를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이, 히터 매트(30)는 히터 매트(30)의 잔부로부터 상향 돌출한 접속 탭(74)을 포함한다. 도5에는 단순화를 위해 가열 요소(32)가 도시되지 않았지만, 도6은 도5의 히터 매트(30)의 접속 탭(74)의 확대 후방 사시도이다. 도시된 바와 같이, 전기적 가열 요소(32)는 접속 탭(74)으로 안내되어 접속 탭(74) 상의 복수의 전기 도전성 접촉부(76)에 전기적으로 접속된다. 가열 요소(32)와 전기 접촉부(76) 간에 일대일 관계가 성립될 필요는 없다.
도6, 도7 및 도8은 도4의 커넥터(38)와 도5 및 도6의 히터 매트(30)가 도2 및 도3의 가열 시스템(28)을 만들기 위해 사용되는 과정을 도시한다. 우선 도6을 참조하면, 히터 매트(30)의 접속 탭(74)은 도7에 도시된 바와 같이 접촉부(76)가 히터 매트(30)의 내부에 노출되도록 우선 도6의 화살표에 의해 지시된 바와 같이 히터 매트(30)의 내부로 내향하여 접혀진다.
도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 커넥터(38)는 몰드(49)의 상부 모서리에서 리세스 내에 위치되고 히터 매트(30)는 커넥터(38)와 몰드(49) 둘레에 덮혀 있다. 이로써 커넥터(38)는 커넥터(38)의 전방 단자(62)가 접촉부(76)와 전기 접촉될 때까지 히터 매트(30) 내부의 전방 단부(34) 내로 삽입된다. 커넥터(38)의 테이퍼된 전방 단부(58)는 만곡되고 경사진 외면(60)과 함께 히터 매트(30)의 전방 단부(34) 내에 헐겁게 끼워진다. 커넥터(38)는 용접, 브레이징, 솔더링, 기계적 크림핑/스테이플링 또는 도전성 접착제에 의해 히터 매트(30)에 연결될 수 있다. 그 후, 외부 덮개(40)는 공지된 복합 구성 요소 제조 방식으로 일련의 겹판으로서 히터 매트(30) 위에 형성된다. 히터 매트(30)는 외부 덮개(40)에서 가장 내측에 위치하는 겹판으로 도시되어 있지만 중간 겹판 중 하나일 수 있다. 그 후, 몰드(49)가 외부 덮개(40), 히터 매트(30) 및 커넥터(38)로부터 제거됨으로써 성형된 가열 시스템(28)을 남긴다.
몰드(49)를 제거한 후, 전기 커넥터(38) 아래와 외부 덮개(40) 및 입구 스트 럿(26) 사이의 (이전에 몰드에 의해 점유된) 부피는 충전제(50)로 충전될 수 있으며, 이때 충전제는 도3에 도시된 바와 같이 고분자, 복합재, 고분자 발포제 또는 그 밖의 재료일 수 있다. 충전제(50)는 가열 시스템(28)의 강도와 내구성을 증가시킨다. 전기 커넥터(38)와 소켓(46)은 입구 스트럿(26)과 가열 시스템(28)의 상단부에 위치된 것으로 도시되지만 입구 스트럿(26)을 따르는 어떤 지점이라도 위치될 수 있다.
도9에는 도4의 커넥터(38) 내측으로부터의 소켓(68) 중 하나가 도시되어 있다. 소켓(68)은 일반적으로 일 단부가 전방 단자(62)를 형성하도록 평탄화되고 이에 대향하는 단부가 좌측으로 개방되어 만곡된 후방 단자(64)를 형성하는 금속 도전성 튜브이다. 소켓(68)은 또한 전방 단자(62)와 후방 단자(64)를 적절히 위치시키도록 접히거나 형성될 수 있다. 전방 단자(62)와 후방 단자(64)는 다른 방식으로 마련될 수 있다.
도10 내지 도12는 히터 매트(30)와 전기 접속을 이루는 다른 방식을 도시한다. 전기적 가열 요소는 단순화를 위해 도시하지 않았다.
도10을 참조하면, 다른 히터 매트(30')는 히터 매트(30')의 잔여부로부터 상향 돌출한 다른 접속 탭(74')을 포함한다. 복수의 전기 접촉부(76')가 접속 탭(74')의 일 단부에 형성된다. 접속 탭(74')은 가요성을 갖는다. 도10에는 커넥터(38')가 도시되지 않았지만, 접속 탭(74')은 도11에 도시된 바와 같이 커넥터(38') 내측에 끼워질 수 있도록 두 번 절첩된 것으로 도시된다. 도11을 참조하면, 다른 커넥터(38')는 중간부(60')에 대향하고 전방부(59') 뒤에 마련된 제거 가 능한 중간부(61')를 포함한다.
전기 접촉부(76')에 전기 커넥터(38')를 연결하기 위해, 우선 제거 가능한 중간부(61')가 커넥터(38')로부터 제거된다. 그 후, 접속 탭(74')은 커넥터(38')의 중간부(60') 위에서 아래로 절첩되고, 전기 접촉부(76')가 마련된 접속 탭(74')의 부분은 뒤로 절첩된다. 그 후, 제거 가능한 중간부(61')는 접속 탭(74')의 상부 상에서 커넥터(38')로 복귀됨으로써, 커넥터(38')에 접속 탭(74')을 보유한다. 중간부(61')는 커넥터(38') 내에 스냅-끼움 또는 마찰-끼움되거나 어느 정도 느슨하게 보유될 수 있다.
도12는 중간부(61')가 삽입된 후 도11의 라인 12-12를 따라 취한 단면도이다. 도12에 도시된 바와 같이, 전기 접촉부(76')는 커넥터(38')에 인서트 성형된 소켓(68')과 전기 접촉된다. 다시, 커넥터(38')는 용접, 브레이징, 솔더링, 기계적 크림핑/스테이플링 또는 도전성 접착제에 의해 히터 매트(30')에 연결될 수 있다. 그 후, 도12에 도시된 조립체는 도7 및 도8의 제1 실시예에 대해 도시된 바와 같이 몰드(49) 상에 위치되어 외부 덮개(40)로 덮힐 수 있다. 도10 내지 도12의 커넥터(38')와 히터 매트(30')는 도1 내지 도9의 커넥터(38)와 히터 매트(30) 대신 사용될 수 있다.
특허법과 판례의 조항에 따라, 상술한 예시적인 구성은 본 발명의 바람직한 실시예를 표현하는 것으로 간주된다. 그러나, 본 발명은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어남이 없이 특별히 도시되고 설명된 바와 달리 실시될 수 있다. 방법 단계에서의 문자 숫자 겸용 식별 표시는 종속항에서의 편리한 인용을 위한 것으로서 청구항에서 달리 특정되지 않는 한 방법 단계에서 요구되는 수행 순서를 지시하지 않는다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈 엔진의 팬 전방에 위치한 입구 케이스 내의 입구 스트럿 상에 쌓인 눈과 얼음을 제거할 수 있어서 가스 터빈 엔진의 작업을 방해하지 않는 히터용 커넥터를 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 외면을 포함하는 전방의 테이퍼된 단부 및 후방 단부를 갖는 본체와,
    테이퍼된 단부 상의 복수의 전방 단자와,
    전방 단자와 전기 접속되는, 본체의 후방 단부상의 복수의 후방 단자를 포함하는 커넥터.
  2. 제1항에 있어서, 테이퍼된 단부의 외면은 한 쌍의 경사면을 포함하는 커넥터.
  3. 제2항에 있어서, 복수의 전방 단자는 한 쌍의 경사면 중 어느 한 면 상에 형성되는 커넥터.
  4. 제3항에 있어서, 한 쌍의 경사면이 볼록한 커넥터.
  5. 제1항에 있어서, 테이퍼된 단부는 전방 단자 위에 제거 가능하게 고정된 제거 가능부를 포함하는 커넥터.
  6. 제1항의 커넥터와, 히터가 커넥터 상의 복수의 전방 단자에 전기적으로 접속되는 커넥터와 히터.
  7. 제6항에 있어서, 히터가 커넥터를 완전히 덮는 커넥터와 히터.
  8. 제7항에 있어서, 히터는 복수의 전방 단자 중 적어도 하나에 각각 연결되는 복수의 전기 가열 요소를 포함하는 커넥터와 히터.
  9. 제8항에 있어서, 복수의 전기 가열 요소는 커넥터의 복수의 전방 단자와 직접 접촉하는 복수의 접촉부를 포함하는 커넥터와 히터.
  10. 제6항에 있어서, 히터는 커넥터가 장착되는 덮개를 포함하는 커넥터와 히터.
  11. 제10항에 있어서, 덮개는 전방 단부에 의해 연결되는 한 쌍의 이격 벽을 포함하며, 커넥터는 덮개의 전방 단부에 장착되는 커넥터와 히터.
  12. 제11항에 있어서, 덮개는 복합재 덮개이고, 히터는 덮개 내의 층인 히터 매트를 포함하는 커넥터와 히터.
  13. 터빈 엔진 구조물에 장착되는 제6항의 커넥터와 히터.
  14. 터빈 엔진 구조물이 스트럿인 제13항의 커넥터, 히터 및 터빈 엔진 구조물.
  15. 제14항의 커넥터, 히터 및 스트럿을 포함하는 터빈 엔진에 있어서, 스트럿은 입구 케이스의 내부 스트럿인 터빈 엔진.
  16. 가열 요소와,
    가열 요소에 연결되며, 터빈 엔진 스트럿 상의 보조 커넥터와 결합하기 위해 후방 단부에 접촉부를 갖는 커넥터를 포함하는 터빈 엔진 스트럿용 히터.
  17. 제16항에 있어서, 가열 요소는 전방 단부에 연결된 한 쌍의 이격 벽에 형성된 복수의 가열 요소 중 하나인 터빈 엔진 스트럿용 히터.
  18. 제17항에 있어서, 커넥터는 한 쌍의 벽의 전방 단부에 장착되는 터빈 엔진 스트럿용 히터.
  19. 제18항에 있어서, 가열 요소는 전기 가열 요소인 터빈 엔진 스트럿용 히터.
  20. 터빈 엔진 내의 스트럿을 위한 가열 시스템 형성 방법이며,
    a) 몰드에 인접하게 커넥터를 배치하는 단계와,
    b) 몰드 위에 복수의 가열 요소를 배치하는 단계와,
    c) 커넥터에 복수의 가열 요소를 연결하는 단계와,
    d) 커넥터와 몰드 상부에 외부 덮개를 형성하는 단계와,
    e) 외부 덮개로부터 몰드를 제거하는 단계를 포함하는 가열 시스템 형성 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 단계 d)에서 외부 덮개의 적어도 일부가 복수의 가열 요소 위에 형성되는 가열 시스템 형성 방법.
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