NO323992B1 - Varmeveksler i komposittmateriale og fremgangsmate for dens fremstilling - Google Patents
Varmeveksler i komposittmateriale og fremgangsmate for dens fremstilling Download PDFInfo
- Publication number
- NO323992B1 NO323992B1 NO20003477A NO20003477A NO323992B1 NO 323992 B1 NO323992 B1 NO 323992B1 NO 20003477 A NO20003477 A NO 20003477A NO 20003477 A NO20003477 A NO 20003477A NO 323992 B1 NO323992 B1 NO 323992B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- composite material
- heat exchanger
- stated
- fluid circulation
- circulation channels
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011204 carbon fibre-reinforced silicon carbide Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 9
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 5
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 claims 2
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 claims 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 7
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011184 SiC–SiC matrix composite Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100345589 Mus musculus Mical1 gene Proteins 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008642 heat stress Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
- F02K1/78—Other construction of jet pipes
- F02K1/82—Jet pipe walls, e.g. liners
- F02K1/822—Heat insulating structures or liners, cooling arrangements, e.g. post combustion liners; Infrared radiation suppressors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/005—Combined with pressure or heat exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24149—Honeycomb-like
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
Oppfinnelsen gjelder en varmeveksler som benytter varmevekslingsutstyr basert på et sirkulerende fluid og som er utført for å fungere i vanskelige temperaturomgivelser.
Spesielle, men ikke begrensende, anvendelsesområder for oppfinnelsen er utstyr for å omforme materialer, f.eks. kjerneréaktorer av fusjonstypé, samt frem-driftsutstyr, særlig veggelementer for forbrenningskamre i jetmotorer, og særlig i ramjetmaskiner.
Varmevekslere som benyttes i slike anvendelser er vanligvis utført i metall, i
det minste delvis. De termiske og mekaniske egenskaper for metaller og metalle-geringer begrenser imidlertid deres anvendelsesområde, samt også deres be-standighet og sikkerhet. Videre er varmevekslere av metall tunge og omfangsrike, hvilket gjør deres bruk besværlig, i det minste innenfor noen anvendelsesområder.
Det har blitt foreslått å bruke ildfaste komposittmaterialer alene eller i kom-binasjon med metall for å fremstille varmevekslere som er beregnet på å anven-
des under vanskelige temperaturforhold, spesielt i vegger for en kjernereaktor av
fusjonstypé. Patentsøknad WO 98/03297 beskriver således fremstilling av en slik
varmeveksler ved å hardlodde arbeidsstykker av karbon-karbon (C/C-) komposittmaterial på et metallisk (kopper) substrat som nedkjøles ved fluidsirkulasjon.
Dette innebærer imidlertid bruk av et metall. Også kjent er US patent 5.583.895
som beskriver en varmevekslerkonstruksjon for samme anvendelse i form av en C/C-komposittmaterialblokk hvori det er utformet fluidpassasjer. Veggene i disse passasjer er gjort lekkasjesikre ved hjelp av en metallforing, f.eks. utført i kopper, som da er hardloddet til C/C-komposittmateriale.
Et formål for oppfinnelsen er å angi en varmeveksler som kan anvendes i krevende temperaturomgivelser.
Et annet formål for oppfinnelsen er å frembringe en varmeveksler hvori de forskjellige termiske og strukturelle funksjoner kan optimaliseres, slik at masse, materialmengder og omkostninger reduseres i så høy grad som mulig.
Et ytterligere formål for oppfinnelsen er å frembringe en varmeveksler som
er lett å fremstille.
Et annet formål for oppfinnelsen er å angi en fremgangsmåte for fremstilling
av en slik varmeveksler.
En varmeveksler i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter et mellomparti av ildfast komposittmateriale hvori fluidsirkuleringskanaler er utformet, og hvor dette mellomliggende parti er innlagt mellom et legeme av ildfast komposittmateriale som danner et varmeskjold og en komponent av termostrukturelt komposittmaterial som danner en bærestruktur for varmeveksleren, idet de forskjellige deler som utgjør varmeveksleren forenes innbyrdes ved hjelp av hardlodding.
Termostrukturell komposittmateriale er et komposittmateriale med mekaniske egenskaper som gjør det egnet for å utgjøre konstruksjonselementer og som bibeholder disse egenskaper opptil høye temperaturer. Slike termostrukturelle komposittmaterialer er vanligvis komposittmaterialer med fiberarmering i form av ildfaste fibere, slik som karbonfibere eller keramiske fibere, som sammenhol-des av en ildfast matrise, slik som en karbonmatrise eller en keramisk matrise. Eksempler på termpstrukturelle komposittmaterialer er karbon/karbon (C/C-) komposittmaterialer med forsterkningsfibere og en matrise utført i karbon, samt komposittmaterialer med keramisk matrise (CMC), f.eks. slike som har en matrise av silisiumkarbid (SiC).
Med fordel kan det termostrukturelle komposittmateriale som danner var-mevekslerens bærestruktur et C/C-komposittmateriale. Det kan foreligge i bikube-form eller utgjøres av et komposittmateriale hvor fiberarmeringen utgjøres av overlagrede sjikt av fibere som er sammenføyd av fibere som strekker seg på tvers av disse lag, slik det kan oppnås ved nålkombinasjon, slik som ved teppeproduksjon og som f.eks. er beskrevet i US patentskrift 4.790.052. Materialet i det mellomliggende parti kan også med fordel være et C/C-komposittmateriale som i dette tilfelle i høyere grad anvendes for sine ildfaste egenskaper enn for sine konstruk-sjonsegenskaper.
Det er mulig å fremstille den delen som utgjør bæ rest ru kt uren og det mellomliggende parti som en enkelt blokk av C/C-komposittmateriale, som da den del som utgjør varmeskjoldet hardloddes til.
Materialet i den del som utgjør varmeskjoldet kan også med fordel være et materiale av CMC-type, f.eks. et SiC eller SiC/SiC-komposittmateriale (hvilket vil si et materiale med armeringsfibere av karbon eller av silisiumkarbid dg som sam-menholdes av en silisiumkarbidmatrise), og disse materialer er da bedre egnet enn C/C-komposittmaterialer for å utsettes for intens varmepåkjenning, særlig i en oksiderende atmosfære. En fordel ved varmeveksleren i henhold til oppfinnelsen ligger i muligheten for å velge de materialer som er best egnet for å utføre vedkommende termiske funksjoner, samt for å yte en varmevekslers mekaniske funksjoner, slik at det blir mulig å optimalisere fremstillingen av varmeveksleren med henblikk på ytelse og omfang.
I henhold til enda et annet særtrekk ved varmeveksleren i henhold til oppfinnelsen, er fluidsirkulasjonskanalene utformet i den ene side av mellomstykket, f.eks. ved maskinbearbeiding, og disse forøvrig delvis dannes av den tilstøtende vegg for en av de øvrige to konstruksjonsdeler. Fluidsirkulasjonskanalene vil da være særlig enkle å fremstille.
Hvis nødvendig kan kanalene gjøres lekkasjesikre ved å påføre et belegg på deres vegger, f.eks. et tynt sjikt av metallbelegg. Et slikt belegg kan påføres over hele de tilvendte sider av de konstruksjonsdeler som skal sammenstilles, for derved å lette hardloddingen, slik at disse sjikt også utgjør vedheftningslag for hardloddingsformål.
Det skal nå henvises til de vedføyde tegninger, hvorpå:
Fig. 1 viser et snitt gjennom et varmevekslerelement som utgjør en første utførelse av oppfinnelsen; Fig. 2 viser funksjonstrinnene i en fremgangsmåte for å fremstille varme-vekslerelementet i fig. 1; - Fig. 3 er en uttrukket skisse av en jetmotors forbrenningskammerelement som utgjør en varmeveksler som innebærer en andre utførelse av oppfinnelsen;
og
- Fig. 4 viser sterkt skjematisk et ramjetkammer som detaljert viser et veggelement i forbrenningskammeret som utgjør en varmeveksler i form av en tredje utførelse av oppfinnelsen.
Fig. 1 viser et snitt gjennom en enhetlig blokk 10 som utgjør et varmevekslerelement. Denne blokk 10 kan utgjøre et veggelement av et indre rom hvor det
foreligger meget krevende termiske forhold, f.eks. et veggelement av et plasmain-nesluttende kammer i en kjemereaktor av fusjonstypé.
Varmevekslerblokken 10 omfatter et varmeskjold 12 hvis utside 12a er ment å utsettes for en varmetilstrømning, et mellomliggende parti 14 med fluidsirkulasjonskanaler 16, samt én bærestruktur 18. Det mellomliggende parti er innlagt mellom varmeskjoldet 12 og bærestrukturen 18, og det er forbundet med disse ved hjelp av hardlodding. Fluidsirkulasjonskanalene 16 er maskinbearbeidet inn i den side av dst«nellomliggeride parti som befinner seg inntil varmeskjoldet 12, og er tildekket av innsiden 12b av varmeskjoldet, slik åt denne innside 12b således
utgjør en del av kanalene 16. Disse kanaler 16 er anordnet for tilslutning til en krets for sirkulering av kjølefluid.
Varmeskjoldet 12, som er utsatt for de mest krevende temperaturforhold, er utført i et ildfast komposittmateriale, fortrinnsvis et materiale i form av en keramikkmatrise (CMC), f.eks. et komposittmateriale av C/SiC-type hvilket vil si med en karbonfiberarmering innlagt i en matrise av silisiumkarbid.
Mellompartiet er også utført i et ildfast komposittmateriale, f.eks. et C/C-komposittmateriale med en karbonfiberarmering innlagt i en karbonmatrise.
Bærestrukturen er utført i et termostrukturelt komposittmateriale og ér utført for å utgjøre den bærende del av blokken 10. En slik bærestruktur kan foreligge i
form av en bikubestruktur av C/C-komposittmateriale. En fremgangsmåte for å fremstille en slik struktur er beskrevet i US patent 5.415.715. Det er også mulig å
bruke en bærestruktur i form av et C/C-komposittmateriale hvor fiberarmeringen utgjøres av plane sjikt av fibernettverk som er sammenføyd ved hjelp av fibere som strekker seg på tvers av disse sjikt. Som eksempel kan disse sjikt utgjøres av vevet duk, ensrettede sjikt som er innbyrdes overlagret i forskjellige retninger, filt-sjikt, o.s.v., og disse er da fortrinnsvis sammenføyd ved hjelp av nålkombinasjon. En fremgangsmåte for fremstilling av slikt C/C-komposittmateriale er beskrevet i
US patent 4.790.052.
Fig. 2 angir de forskjellige prosesstrinn i en fremgangsmåte for fremstilling
av utvékslerblokken 10.
Varmeskjoldet av CMC-materiale, f.eks. fremstilt i C/SiC- komposittmateriale, mellompartiet av C/C-komposittmateriale og bærerstrukturen åv C/C- . komposittmateriale fremstilles alle hver for seg (trinnene 20, 22,24). Fremgangsmåter for fremstilling av konstruksjonsdeler av komposittmateriale av C/C eller C/SjC-type ved å danne en fiberarmering eller forform, og derpå innleire fiberarmeringen i en matrise er velkjent. Innleiringen kan utføres ved kjemisk dampinfilt-rering eller ved impregnering under bruk av en forform for matrisen i flytende form og derpå fortette omformen ved hjelp av varmebehandling.
Kanalene 16 er maskinbearbeidet inn i en av sideflatene av mellompartiet
14 (trinn 26).
Deretter kan et metallbelegg påføres de sideflater av mellompartiet som henholdsvis er vendt mot varmeskjoldet og mot bærestrukturen, over hele sideflatene (trinn 28). Dette metallbelegg er valgt påført for å forbedre fuktbarheten for den hardloddingslegering som derpå anvendes for sammenstilling av de forskjelli-
ge deler, og således for å forbedre hardloddingslegeringens vedheftning. Metallbelegget tjener også til å gjøre veggene i fluidsirkuleringskanalene sikre mot lek-
kasje. De C/C-komposittmaterialer eller de oppnådde CMC- materialer som er nevnt ovenfor oppviser uunngåelig gjenværende porøsitet som må lukkes på over-flaten for å sørge for at kanalene blir lekkasjesikre.
Metallbelegget, som f.eks. kan være av titan, krum, zirkonium, hafnium eller beryllium, kan påføres ved kjemisk damppåføring eller ved katodeforstøvning i vakuum.
I tilfelle det vil være unødvendig å ha et metallbelegg for vedheftning av hardloddingslegeringen, vil belegget likevel være nødvendig for å lekkasjesikre veggene i kanalene 16. En slik lekkasjesikring kan da utføres ved å påføre et tet-ningslag på i det minste de maskinbearbeidede deler av mellompartiet og de tilvendte deler av den inntilliggende side av varmeskjoldet. Tetningssjiktet kan da være påført ved kjemisk dampavsetning. Sjiktet kan være metallisk eller ikke-
metallisk, idet det f.eks. kan utgjøres av karbon eller keramikk;
Hardloddingen (trinn 29) utføres ved å påføre et lag av hardloddingslege-
ring på vedkommende flater for sammenstilling av mellompartiet, varmeskjoldet og bærestrukturen, nemlig ved å holde denne sammenstilling sammen i en fikstur, og ved å heve dens temperatur til den korrekte loddetemperatur for den hardloddingslegering som anvendes. Denne legering er valgt fra de kjente legeringer for hardlodding av keramer eller ildfaste materialsammenstillinger til hverandre eller til metaller, f.eks. de legeringer som selges under handelsnavnet «TiCuSil» eller «Cu-ABA» av selskapet Wesgo, Inc. i USÅToet kan henvises til ovennevnte pa-tentsøknad WO 98/03297 samt til en artikkel av A.G. Foley og D.J. Andrews, med tittelen «Active metal brazing for joining veramics to metals», GEC Alsthom Tech-
nical Review, nr. 13, februar 1994, Frankrike, sidene 49-64.
Fig. 3 viser i en uttrukket skisse en annen utførelse av en varmeveksler i
henhold til oppfinnelsen og som utgjør et element 30 av en jetmotors forbren-ningskammer. Varmeskjoldet 32 er et aksialsymmetrisk ringformet stykke med et sylinderformet fremre parti som går over i et bakre stumpkonisk parti. Varmeskjol-
det 32 er utført i et eneste stykke av CMC- komposittmateriale, f.eks. av C/SiC-komposittmataøate. Fiberforsterkningen av dette komposittmateriale er utført ved
å vikle en fiberduk på en dor av passende form, og den resulterende armerings-form legges inn i en matrise av komposittmaterialet.
Fluidsirkuleringskanalene 36 utformes i aksial retning ved maskinbearbeiding av en sidevegg av et mellomstykke 34 som er vendt mot varmeskjoldet 32. Mellomstykket 34 er utført i et C/C-komposittmateriale. Kjølefluidet er et brennstoff som oppvarmes ved passasje gjennom varmeveksleren før det innsprøytés i forbrenningskammeret. Fluidtilførselen og utløpsåpningene 33a og 33b er utformet gjennom varmeskjoldet 32 nær dets aksiale ytterender, samt i nivå med de utar-beidede omkretsspor, slik som 37 ved forenden og akterenden av mellomstykket, slik at de utgjør manifolder for fordeling av fluidet på kanalene 36 ved den ene ytterende og oppsamling av fluidet fra kanalene ved den annen ytterende.
Mellomstykket 34 er fastgjort til en bærestruktur 38 i form av en ringformet struktur av C/C-komposittmateriale. Dette er dannet ved å vikle overlagrede sjikt av et fibernettverk på en dor og ved å binde sjiktene sammen ved hjelp av fibere som strekker seg på tvers av disse sjikt, f.eks. ved nålkombinasjon, hvoretter den resulterende ringformede forform legges inn i en karbonmatrise. Fremgangsmåten for fremstilling av nålkombinerte ringformede forformer for å danne armering i konstruksjonsdeler utført i C/C-komposittmateriale er beskrevet i ovenfor nevnte US patentskrift 4 790 052.
Bærestrukturen 38 og mellomstykket kan fremstilles som to deler som sammenstilles ved hardlodding, eller dé kan utføres som en enkelt del, slik som i det viste eksempel.
Varmeskjoldet 32 hardloddes til den side av mellomstykket som oppviser kanalene 36 og omkretssporene 37. Hardloddingen utføres som beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1 og 2, eventuelt etter å ha påført et bélegg av metall som hardloddingslegeringen kan hefte seg til, og i det minste etter å ha dannet av avtetningsbelegg på veggene av kanalene 36 og sporene 37.
Fig. 4 er meget skjematisk og viser en ramjetstruktur med en vegg 40 som
utgjør en varmeveksler i henhold til oppfinnelsen.
Veggen 40 har en oppbygning som i sin struktur ér analog méd blokken 10 i fig. 1, og den er fremstilt på lignende måte. Varmskjoldet 42 som befinner seg på innsiden av veggen, er utført i CMC-materiale, f.eks. av V/SiC. Den er hardloddet til et mellomparti 44 over en sidevegg med kanaler 46 som er maskinbearbeidet inn i veggen, og hvor den side av mellompartier 44 som er utstyrt med kanalene er dekket av varméskjoldet 42. Kanalene 46 fører et fluid som utgjøres av et brennstoff som sprøytes inn i forbrenningskammeret etter å ha blitt oppvarmet ved passasje gjennom veggen 40.
Mellompartiet 44 er utført i C/C-komposittmateriale og er slagloddet til en bærestruktur 48 som likeledes er fremstilt i C/C-komposittmateriale. En bærestruktur kan med fordel foreligge i form av en bikubestruktur for derved å gjøre sam-menstillingen så lett som mulig. Hardloddingen, den eventuelle dannelse av et metallbelegg for vedheftning på de sidevegger som skal slagloddes sammen, samt dannelsen av et tetningsbelegg på veggene av fluidsirkulasjonskanalene utføres alle som beskrevet under hevning til fig. 1 og 2.
Ovenfor er det forutsatt at fluidsirkulasjonskanalene er utformet i den sidevegg av mellompartiet som befinner seg inntil varmeskjoldet. Dette er en foretruk-ket anordning. Kanalene kan likevel være utformet i den sidevegg av mellomstykket som befinner seg inni til bærestrukturen.
Claims (21)
1. Varmeveksler av komposittmateriale,
karakterisert ved at den omfatter et mellomparti (14; 34; 44) av ildfast komposittmateriale hvori det er utformet fluidsirkulasjonskanaler (16; 36; 46), og dette mellomparti er innlagt mellom en del utført i ildfast komposittmateriale og som danner et varmeskjold (12; 32; 42) og en del utført i termostrukturelt komposittmateriale og som danner en bærestruktur for varmeveksleren (18; 38; 48), idet disse deler som utgjøre varmeveksleren er sammenstilt innbyrdes ved hjelp av hardlodding.
2. Varmeveksler som angitt i krav 1, karakterisert ved at mellompartiet (14; 34; 44) er av C/C-komposittmateriale.
3. Varmeveksler som angitt i krav 1 eller 2,
karakterisert ved at det parti som danner et varmeskjold (12; 32; 42) er av keramikkmatrisekomposittmateriale.
4. Varmeveksler som angitt i krav 3, karakterisert ved at den del som danner et varmeskjold (12; 32; 42) er utført i C/SiC-komposittmateriale.
5. Varmeveksler som angitt i ett av kravene 1 til 4,
karakterisert ved at den del som danner en bærestruktur (18; 38; 48) er utført i C/C-komposittmateriale.
6. Varmeveksler som angitt i ett av kravene 1 til 5,
karakterisert, v.ed. at fluidsirkulasjonskanalene (16; 36; 46) er utformet i
en sideflate av mellompartiet (14; 34; 44) og utgjøres delvis av den tilstøtende vegg av en av de øvrige to bestanddeler.
7. Varmeveksler som angitt i ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at fluidsirkulasjonskanalene (16; 36; 46) er påført et lekkasjesikringsbelegg.
8. Varmeveksler som angitt i ett av kravene 1 til 7,
karakterisert ved at den del som danner en bærestruktur har en bikubeoppbygning
9. - Varmeveksler som angitt i ett av kravene 1 til 7,
karakterisert ved at den del som danner en bærestruktur (18; 38; 48) er av et komposittmateriale som omfatter en fiberarmering med flere overlagrede fibersjikt som er sammenføyd av fibere som forløper på tvers av disse sjikt.
10. Veggelement (30; 40) for forbrenningskåmmer for en ramjet, karakterisert ved at det omfatter en varmeveksler i samsvar med hvilke som helst av kravene 1 til 8.
11. Fremgangsmåte for fremstilling av en varmeveksler av komposittmateriale, hvor fremgangsmåten er karakterisert ved at den omfatter: fremstilling av et mellomparti av ildfast komposittmateriale og utstyrt med fluidsirkulasjonskanaler; - fremstilling av et varmeskjoldparti av ildfast komposittmateriale; - fremstilling av et bæreparti fra termostrukturelt komposittmateriale; og - sammenstilling av de forskjellige partier ved hjelp av hardlodding, idet det mellomliggende parti anordnes mellom varmeskjoldpartiet og bærepartiet.
12. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,
karakterisert ved at fluidsirkulasjonskanalene dannes ved maskinbearbeiding på en sideflate av mellompartiet.
13. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at mellompartiet utføres i C/C-komposittmateriale.
14. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 13, karakterisert ved at et lekkasjesikringsbelegg påføres på veggene av fluidsirkulasjonskanalene.
15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14,
karakterisert ved at lekkasjesikringsbelegget dannes ved at det påføres et metallsjikt.
16. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 11 til 15,
karakterisert ved at varmeskjoldpartiet utføres i keråmikkmatrisekom-posittmateriale.
17. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 11 til 16,
karakterisert ved at bærerpartiet utføres i C/C-komposittmateriale.
18. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 11 til 1 7, karakterisert ved at det fremstilles et parti med bikubestruktur.
19. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 11 til 17,
karakterisert ved at bærepartiet utføres i et komposittmateriale med fiberarmering innlagt i en matrise, og denne fiberarmering fremstilles ved overlag-ring av flere fibersjikt og nålkombjnasjon av disse.
20. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 11 til 19,
karakterisert ved at et metallsjikt for vedheftning av hardloddingslegering dannes på tilvendte sidevegger av de partier som skal sammenstilles ved hjelp av hardlodding.
21. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved at fluidsirkulasjonskanalene fremstilles ved å maskin-bearbéide en sidevegg av mellompartiet, og som skal dekkes av en tilstøtende flate på et annet parti, idet metallsjiktet dannes på denne side av mellompartiet etter at kanalene er blitt dannet ved maskinbearbeiding, samt også på vedkommende tilstøtende sideflate, på en slik måte at metallaget også utgjør et belegg for lekkasjesikring av veggene i fluidsirkulasjonskanalene.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9813923A FR2785664B1 (fr) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Echangeur de chaleur en materiau composite et procede pour sa fabrication |
| PCT/FR1999/002708 WO2000028202A1 (fr) | 1998-11-05 | 1999-11-05 | Echangeur de chaleur en materiau composite et procede pour sa fabrication |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20003477D0 NO20003477D0 (no) | 2000-07-05 |
| NO20003477L NO20003477L (no) | 2000-09-04 |
| NO323992B1 true NO323992B1 (no) | 2007-07-30 |
Family
ID=9532395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20003477A NO323992B1 (no) | 1998-11-05 | 2000-07-05 | Varmeveksler i komposittmateriale og fremgangsmate for dens fremstilling |
Country Status (14)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6397581B1 (no) |
| EP (1) | EP1045971B1 (no) |
| JP (1) | JP4249396B2 (no) |
| KR (1) | KR100613827B1 (no) |
| CN (1) | CN1113164C (no) |
| AT (1) | ATE263916T1 (no) |
| CA (1) | CA2317707C (no) |
| DE (1) | DE69916240T2 (no) |
| FR (1) | FR2785664B1 (no) |
| IL (1) | IL137097A (no) |
| NO (1) | NO323992B1 (no) |
| RU (1) | RU2249166C2 (no) |
| UA (1) | UA55499C2 (no) |
| WO (1) | WO2000028202A1 (no) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6800828B2 (en) * | 2001-03-31 | 2004-10-05 | Honeywell International Inc. | Electrical discharge machining of carbon-containing work pieces |
| AT5079U1 (de) | 2001-04-30 | 2002-03-25 | Plansee Ag | Verfahren zum fügen eines hochtemperaturwerkstoff-bauteilverbundes |
| US6907920B2 (en) * | 2002-01-29 | 2005-06-21 | United Technologies Corporation | Heat exchanger panel |
| US6715293B2 (en) * | 2002-03-28 | 2004-04-06 | United Technologies Corporation | Scram jet engine design |
| FR2840974B1 (fr) * | 2002-06-13 | 2005-12-30 | Snecma Propulsion Solide | Anneau d'etancheite pour cahmbre de combustion et chambre de combustion comportant un tel anneau |
| FR2850741B1 (fr) * | 2003-01-30 | 2005-09-23 | Snecma Propulsion Solide | Procede de fabrication d'un panneau de refroidissement actif en materiau composite thermostructural |
| FR2850742B1 (fr) * | 2003-01-30 | 2005-09-23 | Snecma Propulsion Solide | Panneau de refroidissement actif en materiau composite thermostructural et procede pour sa fabrication |
| KR20050004524A (ko) * | 2003-07-02 | 2005-01-12 | 최동민 | 연소장치 |
| FR2871847B1 (fr) * | 2004-06-17 | 2006-09-29 | Snecma Moteurs Sa | Montage d'un distributeur de turbine sur une chambre de combustion a parois en cmc dans une turbine a gaz |
| FR2872072B1 (fr) * | 2004-06-24 | 2006-09-29 | Snecma Propulsion Solide Sa | Procede de brasage de pieces en materiau composite thermostructural siliciure |
| EP1672281A1 (de) * | 2004-12-16 | 2006-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Hitzeschildelement |
| US7431074B1 (en) | 2006-03-20 | 2008-10-07 | Fellman Michael L | Radiator structure |
| DE102006021539A1 (de) * | 2006-05-08 | 2007-11-15 | Eads Space Transportation Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für den Raketenbau |
| JP5029257B2 (ja) * | 2007-01-17 | 2012-09-19 | 東京エレクトロン株式会社 | 載置台構造及び処理装置 |
| US8127555B2 (en) * | 2007-12-13 | 2012-03-06 | Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc. | Flowpath heat exchanger for thermal management and power generation within a hypersonic vehicle |
| US7914904B2 (en) * | 2008-03-25 | 2011-03-29 | General Electric Company | Component in a combustion system, and process for preventing slag, ash, and char buildup |
| DE102010032612A1 (de) * | 2010-07-28 | 2012-03-29 | Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik | Verfahren zum Schutz von Wärmetauscherrohren in Dampfkesselanlagen, Formkörper, Wärmetauscherrohr und Dampfkesselanlage |
| JP5769519B2 (ja) * | 2011-06-30 | 2015-08-26 | コバレントマテリアル株式会社 | 強化用繊維材料と強化用繊維材料を用いた繊維強化セラミックス複合材料及びこれらの製造方法 |
| CN102784987B (zh) * | 2012-06-18 | 2014-11-19 | 航天材料及工艺研究所 | 一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法 |
| FR3001409B1 (fr) * | 2013-01-29 | 2015-07-03 | Herakles | Procede de fabrication d'une structure alveolaire de forme courbee en materiau composite |
| US9018511B2 (en) | 2013-03-08 | 2015-04-28 | Hamilton Sundstrand Space Systems International, Inc. | Spring-loaded heat exchanger fins |
| WO2014149094A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Xu Raymond R | Braze materials and method for joining of ceramic matrix composites |
| US10598378B2 (en) * | 2013-10-07 | 2020-03-24 | United Technologies Corporation | Bonded combustor wall for a turbine engine |
| JP2016142484A (ja) * | 2015-02-03 | 2016-08-08 | イビデン株式会社 | 準カプセル溶融塩蓄熱材 |
| US10520193B2 (en) * | 2015-10-28 | 2019-12-31 | General Electric Company | Cooling patch for hot gas path components |
| US10947162B2 (en) | 2017-04-13 | 2021-03-16 | Rolls-Royce Corporation | Braze alloys for joining or repairing ceramic matrix composite (CMC) components |
| CN108644028B (zh) * | 2018-03-12 | 2020-01-24 | 上海卫星工程研究所 | 一种大推力双向摇摆轨控发动机高温隔热屏 |
| CN109336630B (zh) * | 2018-08-29 | 2021-06-11 | 宁波华源精特金属制品有限公司 | 一种支架及其制备方法 |
| GB2595744B (en) * | 2020-06-01 | 2022-11-16 | Desmond Lewis Stephen | Reduced velocity ramjet |
| US11371702B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-06-28 | General Electric Company | Impingement panel for a turbomachine |
| US11614233B2 (en) | 2020-08-31 | 2023-03-28 | General Electric Company | Impingement panel support structure and method of manufacture |
| US11460191B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-10-04 | General Electric Company | Cooling insert for a turbomachine |
| US11255545B1 (en) | 2020-10-26 | 2022-02-22 | General Electric Company | Integrated combustion nozzle having a unified head end |
| US11767766B1 (en) | 2022-07-29 | 2023-09-26 | General Electric Company | Turbomachine airfoil having impingement cooling passages |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4488920A (en) * | 1982-05-18 | 1984-12-18 | Williams International Corporation | Process of making a ceramic heat exchanger element |
| US4838031A (en) * | 1987-08-06 | 1989-06-13 | Avco Corporation | Internally cooled combustion chamber liner |
| US4832999A (en) * | 1987-10-27 | 1989-05-23 | Avco Lycoming/Textron | Honeycomb structure assemblies |
| FR2664585B1 (fr) * | 1990-07-13 | 1993-08-06 | Europ Propulsion | Structures refractaires refroidies et procede pour leur fabrication. |
| US5352529A (en) * | 1991-05-13 | 1994-10-04 | Auto-Air Composites, Inc. | Lightweight thrust vectoring panel |
| FR2685655B1 (fr) | 1991-12-31 | 1995-08-18 | Europ Propulsion | Procede de formation d'un passage etanche dans une piece en materiau composite refractaire, et application a la realisation d'une structure composite refractaire refroidie par circulation de fluide. |
| DE4322431C2 (de) * | 1993-07-06 | 1997-04-10 | Mtu Muenchen Gmbh | Kühlstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| WO1998003297A1 (en) | 1996-07-24 | 1998-01-29 | Mcdonnell Douglas Corporation | Two-step brazing process for joining materials with different coefficients of thermal expansion |
| DE19804232C2 (de) * | 1998-02-04 | 2000-06-29 | Daimler Chrysler Ag | Brennkammer für Hochleistungstriebwerke und Düsen |
-
1998
- 1998-11-05 FR FR9813923A patent/FR2785664B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-05-11 UA UA2000073957A patent/UA55499C2/uk unknown
- 1999-11-05 US US09/582,855 patent/US6397581B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-05 JP JP2000581354A patent/JP4249396B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-05 EP EP99954068A patent/EP1045971B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-05 CA CA002317707A patent/CA2317707C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-05 DE DE69916240T patent/DE69916240T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-05 KR KR1020007007433A patent/KR100613827B1/ko active IP Right Grant
- 1999-11-05 WO PCT/FR1999/002708 patent/WO2000028202A1/fr active IP Right Grant
- 1999-11-05 IL IL13709799A patent/IL137097A/xx not_active IP Right Cessation
- 1999-11-05 AT AT99954068T patent/ATE263916T1/de active
- 1999-11-05 RU RU2000118216/06A patent/RU2249166C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1999-11-05 CN CN99802025A patent/CN1113164C/zh not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-07-05 NO NO20003477A patent/NO323992B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4249396B2 (ja) | 2009-04-02 |
| CN1113164C (zh) | 2003-07-02 |
| WO2000028202A1 (fr) | 2000-05-18 |
| ATE263916T1 (de) | 2004-04-15 |
| FR2785664B1 (fr) | 2001-02-02 |
| DE69916240D1 (de) | 2004-05-13 |
| NO20003477D0 (no) | 2000-07-05 |
| KR100613827B1 (ko) | 2006-08-18 |
| IL137097A (en) | 2003-07-31 |
| KR20010033870A (ko) | 2001-04-25 |
| EP1045971A1 (fr) | 2000-10-25 |
| FR2785664A1 (fr) | 2000-05-12 |
| JP2002529679A (ja) | 2002-09-10 |
| DE69916240T2 (de) | 2005-04-14 |
| NO20003477L (no) | 2000-09-04 |
| EP1045971B1 (fr) | 2004-04-07 |
| IL137097A0 (en) | 2001-06-14 |
| RU2249166C2 (ru) | 2005-03-27 |
| CA2317707C (en) | 2007-01-09 |
| CN1287592A (zh) | 2001-03-14 |
| CA2317707A1 (en) | 2000-05-18 |
| US6397581B1 (en) | 2002-06-04 |
| UA55499C2 (uk) | 2003-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO323992B1 (no) | Varmeveksler i komposittmateriale og fremgangsmate for dens fremstilling | |
| US4580524A (en) | Process for the preparation of fiber-reinforced ceramic composites by chemical vapor deposition | |
| US5720339A (en) | Refractory-composite/heat-pipe-cooled leading edge and method for fabrication | |
| US6151887A (en) | Combustion chamber for rocket engine | |
| US4838346A (en) | Reusable high-temperature heat pipes and heat pipe panels | |
| JP5623025B2 (ja) | 過酷な環境の応用のための傾斜分布熱膨張係数を有する積み重ね複合構造 | |
| JP2004233044A (ja) | 熱構造複合材料を使った能動冷却パネルの製造方法 | |
| US9328620B2 (en) | Method for making gas turbine engine composite structure | |
| US20040194941A1 (en) | Active cooling panel of thermostructural composite material and method for its manufacture | |
| EP3109043A1 (en) | Method for integral joining infiltrated ceramic matrix composites | |
| US6482485B1 (en) | Structural part including a portion made of thermostructural composite material cooled by fluid circulation | |
| US6455122B1 (en) | Heat-resisting fiber-reinforced composite material and manufacturing method thereof | |
| JP3250668B2 (ja) | 耐火性複合部品内の封止通路形成方法，及び流体循環により冷却される耐火性複合構造体の製造に対するその応用 | |
| US6907661B2 (en) | Method of joining a high-temperature material composite component | |
| WO2006024971A2 (en) | Junction process for a ceramic material and a metallic material with the interposition of a transition material | |
| Peterson et al. | Advanced CSiC composites for high-temperature nuclear heat transport with helium, molten salts, and sulfur-iodine thermochemical hydrogen process fluids | |
| KR20170084710A (ko) | 내면 금속 라이너를 가지는 세라믹 핵연료 피복관 및 그 제조방법 | |
| EP1685079B1 (en) | Process to join carbon based materials to metals and its applications | |
| Berdoyes et al. | Improved SiC/SiC and C/C Materials Applications Parts. EUROMAT 2005 | |
| WO2023278905A1 (en) | Embedded wire chemical vapor deposition (ewcvd) | |
| O'Dell et al. | Helium jet-cooled tungsten divertor concept | |
| JPH0579632B2 (no) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: HERAKLES, FR |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |