(57)【要約】  可撓性熱交換アセンブリの中に規定される、隣接する第１の流路（３４）および第２の流路（３６）を備えた少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリ（１２）を形成し、その可撓性熱交換アセンブリ（１２）を成形し、熱交換アセンブリ（１２）を加熱して、可撓性の熱伝導性材料（２２）の少なくとも一部を剛性の熱伝導性材料に改質することを含む、熱交換器（１０）を製造する方法。
2009510380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器を形成する方法であって、
熱伝導性の不透過材料からなる第１の可撓性シートを支持面に置くことと、
熱伝導性の不透過材料からなる第２の可撓性シートを前記第１の可撓性シート上に離間した態様で置いて、前記第１の可撓性シートと前記第２の可撓性シートとの間に、第１の流体流れ用の少なくとも１つの細長い流路を規定することと、
第２の流体流れ用の通路を規定する、複数の相互連結された孔を有する可撓性の熱伝導性発泡体からなる第３の可撓性シートを前記第２の可撓性シート上に置くことと、
によって、可撓性の熱交換アセンブリを形成するステップと、
前記可撓性熱交換アセンブリを所望の形状に成形するステップと、
剛性の熱交換器を形成するために、前記熱交換アセンブリを全体として結合するステップと、
を含み、少なくとも１つの前記流路と前記通路が、互いに熱交換する関係にあって、前記熱交換器全体にわたり重なった態様で延びることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記成形するステップは、前記可撓性熱交換アセンブリを渦巻き形態に巻くことを含み、前記熱交換器は、渦巻状に延びる少なくとも１つの前記流路および前記通路を備えた、渦巻状熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の可撓性シートを置く前記ステップの前に、複数のスペーサを前記第１の可撓性シート上に置き、前記第２の可撓性シートを前記複数のスペーサ上に置くことがさらに含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記結合するステップは、前記可撓性の熱伝導性発泡体を剛性の熱伝導性発泡体に改質することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記結合するステップには、前記可撓性熱交換アセンブリを加熱することが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記可撓性熱交換アセンブリの前記加熱には、前記第３の可撓性シートを前記第１および第２の可撓性シートと焼結することが含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記結合するステップの前に、前記複数のスペーサを耐熱性合金粉末とともに前処理するステップを行い、前記結合するステップには、さらに、前記可撓性熱交換アセンブリを加熱して、前記第３の可撓性シートを前記第１および第２の可撓性シートと焼結し、前記複数のスペーサを前記第１および第２の可撓性シートと焼結することが含まれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
第１の流体流れを案内する少なくとも１つの前記第１の渦巻状流路と、
第２の流体流れを案内する第２の渦巻状流路と、を含み、
前記第１の渦巻状流路は、２対の対向する、渦巻状シール面の間に延びて、第１および第２の開口端を規定し、前記第１の開口端が渦巻き式熱交換器の外周に近接して配置され、前記第２の開口端が前記渦巻き式熱交換器のコアに近接して配置され、
前記第２の渦巻状流路は、少なくとも１つの第１の渦巻状流路に隣接してその流路と熱交換する関係にあって、２対の対向する渦巻状シール面の間に延びて第３および第４の開口端を規定し、前記第３の開口端が前記外周に近接して配置され、前記第４の開口端が前記コアに近接して配置され、
前記第２の渦巻状流路には、前記第２の流体流れが循環するのを可能にする熱伝導性多孔質材料が含まれることを特徴とする渦巻き式熱交換器。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１の渦巻状流路は、複数の第１の渦巻状流路を有し、前記複数の第１の渦巻状流路は、複数の渦巻状スペーサによって分離されることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記第１の開口端は第１の出口を有し、前記第２の開口端は第１の出口を有し、前記第３の開口端は第２の入口を有し、前記第４の開口端は第２の出口を有していて、前記第１の流体流れは、前記第１の入口から前記第１の出口に向けられ、前記第２の流体流れは、前記第２の入口から前記第２の出口に向けられることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記可撓性の熱伝導性多孔質材料は、ニッケルを基本とすることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第１の渦巻状流路の前記２対の対向する渦巻状シール面は、ニッケル合金からなることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１３】
熱交換器の製造方法であって、
可撓性の熱伝導材料からなり、互いに熱交換する関係にあってその中に規定される少なくとも第１および第２の隣接する流路を有する少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを形成し、
前記少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを所望の熱交換器形状に成形し、
前記少なくとも１つの熱交換アセンブリを加熱して、前記可撓性の熱伝導性材料の少なくとも一部を剛性の熱伝導性材料に改質し、かつ前記少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを所望の熱交換器形状に強固に固めることを特徴とする方法。
【請求項１４】
単一の可撓性熱交換アセンブリを形成し、前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも一部分が前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも他の部分と接触するように、前記単一の可撓性熱交換アセンブリを成形することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記単一の可撓性熱交換アセンブリを渦巻状に成形し、前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも一部分が、前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも他の部分と熱交換する関係にあることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも前記第１の流路と前記第２の流路とが重なって、前記渦巻きの周囲に延びることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記単一の可撓性熱交換アセンブリは、折り畳まれたアコーディオン形状に成形されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
熱交換器の可撓性熱交換アセンブリであって、
可撓性を有し、熱を伝導する、第１の流体流れを搬送するための第１の手段と、
可撓性を有し、熱を伝導する、第２の流体流れを搬送するための第２の手段と、
を有し、前記第１および第２の手段は、前記第１の流体流れと前記第２の流体流れとの間で熱を交換できるように熱交換する関係にあり、前記第２の手段は、この第２の手段が剛体になるように、加熱によって多孔質の剛性材料に改質可能な多孔質の可撓性材料を有することを特徴とする可撓性熱交換アセンブリ。
【請求項１９】
前記多孔質剛性材料は金属発泡体であることを特徴とする請求項１８に記載の可撓性熱交換アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には熱交換器に関し、より詳細には、改良された発泡体コア熱交換器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスと液体などの２つの流体間で熱交換を行う熱交換器では、熱交換器のガス側の伝熱面積対体積比を大きくするのに、多孔質の発泡金属フィンを使用することが知られている。そのようなフィンは通常、別の鋳型内で溶融金属を凝固させるか、または熱交換器の剛性部品によって形成された空洞内で直接凝固させることによって成型される。特にヒートシンクでは、ヒートシンクの剛性部品によって形成された空洞内で金属粒子を直接焼結することによって、発泡金属からなる熱放散構造体が得られることも知られている。両方の場合とも、熱交換器またはヒートシンクは通常、所望の形状に合うように簡単に加工することができない剛性構造を有する。
【０００３】
ガスタービンエンジン内の熱交換器は、占有容積を最小限とすることが求められ、また、軽量であることを維持しながら、かなりの高温および高圧に耐えることができる、断面積が小さい流路を含む。渦巻き式熱交換器は、占有容積が最小限であることが知られており、通常、共通軸のまわりに２つの長い金属シートを巻くことによって形成される。しかし、断面積が小さい流路を得るために、隣接する渦巻き層の間のギャップを小さく維持することは、通常、非常に手間がかかる。さらに、そのような確実に離間した金属シートは通常、かなりの高圧に耐えるのに適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
耐高温および耐高圧性能を有する公知の熱交換器は、中間壁によって連結されて、平行に重なった剛性プレートを有する。しかし、このような構造は、強度は高いものの、熱交換器が占有する空間を最も効率よく使用するために、渦巻き形状に適合させるのが通常困難である。
【０００５】
上記に鑑みて、所望の形状に容易に形成できる改良型の熱交換器を提供する必要がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、改良型の熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本発明は、熱交換器を形成する方法を提示し、この方法は、熱伝導性の不透過材料からなる第１の可撓性シートを支持面に置くことと、熱伝導性の不透過材料からなる第２の可撓性シートを第１の可撓性シートの上に離間するように置いて、第１の可撓性シートと第２の可撓性シートとの間の第１の流体流れ用の少なくとも１つの細長い流路を規定することと、第２の流体流れ用の通路を規定する、複数の相互連結された孔を有する可撓性の熱伝導性発泡体からなる第３の可撓性シートを第２の可撓性シート上に置くことと、によって可撓性の熱交換アセンブリを形成するステップと、可撓性熱交換アセンブリを所望の形状に成形するステップと、熱交換アセンブリを同時に結合して剛性熱交換器を形成するステップと、を含み、少なくとも１つの流路と通路が、互いに熱交換する関係にあって、熱交換器全体にわたり重なった態様で延びている。
【０００８】
他の態様において、本発明は、渦巻き式熱交換器を提示し、この熱交換器は、第１の流体流れを案内する少なくとも１つの第１の渦巻状流路を備え、該流路は、２対の対向する、渦巻状シール面の間に延びて、第１および第２の開口端を規定し、第１の開口端が渦巻き式熱交換器の外周に近接して配置され、第２の開口端が渦巻き式熱交換器のコアに近接して配置される。さらに、本発明の熱交換器は、第２の流体流れを案内する第２の渦巻状流路を備え、該流路は、少なくとも１つの第１の渦巻状流路に隣接してそれと熱交換する関係にあり、２対の対向する、渦巻状シール面の間に延びて第３および第４の開口端を規定し、第３の開口端が外周に近接して配置され、第４の開口端がコアに近接して配置され、第２の渦巻状流路には、第２の流体流れが循環するのを可能にする熱伝導性多孔質材料が含まれる。
【０００９】
別の態様では、本発明は、熱交換器の製造方法を提示し、この方法は、可撓性の熱伝導性材料からなり、互いに熱交換する関係にあって、この熱交換器の中に規定された隣接する少なくとも第１の流路および第２の流路を有する少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを形成することと、少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを所望の熱交換器形状に成形することと、少なくとも１つの熱交換アセンブリを加熱して、可撓性の熱伝導性材料の少なくとも一部を剛性の熱伝導性材料に改質し、少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを所望の熱交換器形状体に強固に固めることを含む。
【００１０】
また、本発明の別の態様によれば、熱交換器の可撓性熱交換アセンブリが提示され、この熱交換アセンブリは、可撓性を有し、熱を伝導する、第１の流体流れを搬送するための第１の手段と、可撓性を有し、熱を伝導する、第２の流体流れを搬送するための第２の手段と、を有し、第１および第２の手段は、第１の流体流れと第２の流体流れとの間で熱を交換できるように熱交換する関係にあり、第２の手段は、この第２の手段が剛体になるように、加熱によって多孔質の剛性材料に改質可能な多孔質の可撓性材料を有する。
【００１１】
本発明のこれらおよび他の態様のさらなる細部が、以下に含まれる詳細な説明と添付の図から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の態様を表す添付の図について以下に言及がなされる。
【００１３】
図１から図３を参照すると、渦巻き構造を有する熱交換器１０が示されている。熱交換器１０は、平らな可撓性熱交換アセンブリ１２を所望の周囲長に巻くことにより形成される。熱交換アセンブリ１２は、３つの重ねたシート材料層、すなわち、第１の薄膜材料シート１４、第２の薄膜材料シート１６、および多孔質材料シート２２を有するのが好ましい。
【００１４】
薄膜材料シート１４、１６は、各シートの長さ方向に沿ってシート間に平行に延びる複数のスペーサ１８によって、離間した状態で保持される。２つの可撓性ストリップ２０は、スペーサ１８に対して平行に延びて、薄膜材料シート１４の細長い縁部２１を薄膜材料シート１６の細長い縁部２７と連結し、シールしている。可撓性ストリップ２０は、薄膜材料シート１４、１６の一部がストリップ２０を越えて延びた状態となるように、細長い縁部２１、２７からずらして置かれている。このアセンブリは、隣接するスペーサ１８の間、および各可撓性ストリップ２０と隣接するスペーサ１８との間の自由空間内で、薄膜材料シート１４、１６の内側面の間に画定される平行する複数の流体流路３４を規定する。流体流路３４は、熱交換アセンブリ１２が巻かれると、渦巻状流路の形態をとる。そのような流体流路３４は、燃料流を受け入れるのが好ましいが、例えば、適切な液体などの他の流体もまた、誘導されてもよい。
【００１５】
薄膜材料シート１４、１６は、可撓性、高強度、不透過性、および熱伝導性の高温に耐える材料、好ましくはニッケル合金薄膜からなる。スペーサ１８は、好ましくはワイヤまたはリボンの形態の、高温に耐える可撓性材料からなり、これも好ましくは、ニッケル合金からなる。可撓性ストリップ２０もまた、ニッケル合金からなるのが好ましい。薄膜材料シート１４、１６、スペーサ１８、および可撓性ストリップ２０は相性がよいので、例えば、アセンブリを全体として焼結するのを可能にする、十分な耐熱性の合金粉末とともに、スペーサ１８および可撓性ストリップ２０を前処理することによって、アセンブリを加熱したときにスペーサ１８と可撓性ストリップ２０とが互いに固着する。
【００１６】
多孔質材料シート２２は、第２の薄膜材料内側シート１６に接して置かれて、シート２２とシート１６とは、熱交換関係にある。１つのリボン２４は、多孔質材料シート２２の各２つの細長い縁部２５をシールし、各リボン２４は、それらとともに熱交換器１０の端部プレートを形成するように、対応する可撓性ストリップ２０と重なるのが好ましい。多孔質材料シート２２は、複数の相互連結した空間または孔を含み、それ自体で、２つのリボン２４によって縁取られた幅広の空気流路３６を規定する。空気流路３６は、熱交換アセンブリ１２が巻かれると、渦巻状流路になる。渦巻き形態では、多孔質材料シート２２はまた、第１の薄膜材料シート１４に接して置かれて、それらと熱交換する関係にある。
【００１７】
多孔質材料シート２２は、粗い孔を備えた、高温に耐える熱伝導性材料からなり、この材料は、「未焼結」の状態では可撓性を有するが、焼結かまたは他の同様の処理を施されると固まる。材料としては、耐熱性合金粉末で被覆されたニッケルベースの発泡体が好ましく、焼結時に発泡ニッケル合金を形成するように作用する合金を粉末化して加えた５％高密ニッケル発泡体が最も好ましい。２００５年８月９日に登録された、ベーム（Ｂｏｈｍ）らによる米国特許第６，９２６，９６９号、ならびにそれぞれ２００５年４月２８日と２００４年１０月２１日に公開された、ともにインコ社（ＩＮＣＯ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）による国際公開第ＷＯ２００５／０３７４６７号および国際公開第ＷＯ２００４／０８９５６４号は、関連する材料と工程を開示しており、参照することにより、本明細書に組み込むものとする。リボン２４もまた、耐熱合金粉末とともに前処理されたニッケル合金からなるのが好ましい。多孔質材料シート２２は、薄膜材料シート１４、１６およびリボン２４と相性がよいので、多孔質材料シート２２は、加熱および凝固時に焼結することによって、リボン２４と、第１の薄膜材料シート１４および／または第２の薄膜材料シート１６とに固着する。すなわち、多孔質材料シート２２が接触しているシートに固着する。重なったリボン２４と可撓性ストリップ２０とは、薄膜材料シート１４、１６に固着すると、熱交換器１０の端部プレートを形成する。
【００１８】
さらに、ろうペースト２８が、薄膜材料シート１４、１６と可撓性ストリップ２０との間の外側接合部をシールし、漏れに対する保護を補強する。微細孔金属発泡体３２を含むエンドキャップ３０は、漏れる可能性のある流体を捕捉して、流体検出部へ捕捉した流体を誘導するように、薄膜材料シート１４、１６の各細長い端部を囲み、好ましくは、多孔質材料シート２２の対応する細長い端部も囲む。漏れ流れが高温の（例えば、燃料などの）可燃性流体である場合に、金属発泡体３２は、金属スクリーンおよび発泡体が、とりわけ、炎の最前部からエネルギを素速く遠ざけることによって、炎の伝搬を防止することが周知なように、これと同様に、使用できる孔径を制限することによって、発泡材料の隣接する孔の間で炎が伝搬するのを妨げるなどして、炎が成長するのを防止する働きをする。このような炎抑制機能は、熱交換器１０が、例えば、燃料ヒータとして採用されている場合の燃料など、熱交換機内で使用される液体が可燃性のものである場合にのみ有用になる。
【００１９】
熱交換器１０はまた、多孔質材料シート２２の、熱交換器１０の中央に配置された部分をシールするコア２６を有する。コア２６は、渦巻状空気流路３６の端部に連結された空気出口４０と、渦巻状流体流路３４の端部に連結された液体入口４２と、を有する。液体入口４２は、流体流路３４に送り込まれた液体が燃料の場合に、燃料入口として機能するのが好ましい。渦巻状空気流路３６の他端に連結された空気入口３８と、渦巻状流体流路３４の他端に連結され
た液体出口４４と、は、熱交換器１０の外周に沿って配置されている。空気入口３８、空気出口４０、液体入口４２、および液体出口４４はそれぞれ、マニホルド４６を有し、そのマニホルドの例は、図４〜図５にさらに詳細に示されている。マニホルド４６は、一方の端部で空気流路３６、または複数の流体流路３４に連結され、他方の端部で端部チューブ５０に連結された平面状ダクト４８を有する。他の様々なマニホルド形状が可能であり、熱交換器１０に適用できる。
【００２０】
図１に示すように、熱交換器１０は、渦巻状空気流５２が渦巻状液体流５４とは反対の方向に向けられて、効率を最大限にする対向流熱交換器であるのが好ましい。もちろん、平行流や様々な流れ方向で熱交換器１０を使用することもできる。
【００２１】
熱交換器１０は、後述するように組み立てられる。第１の薄膜材料シート１４を支持面に平らに置く。２つの可撓性ストリップ２０をシートの細長い縁部２１に近接して配置して、平行するスペーサ１８と２つの可撓性ストリップ２０を、平行に一定の間隔で離間した態様で、第１の薄膜材料シート１４の上面に置く。第２の薄膜材料シートの細長い縁部２７を第１の薄膜材料シート１４の細長い縁部２１と整列させて、第２の薄膜材料シート１６をスペーサ１８とストリップ２０上に置く。リボン２４によって縁取られた多孔質材料シート２２を第２の薄膜材料シート１６上に配置する。こうして、両側にある２つの露出面、すなわち、１つは第１の薄膜材料シート１４の不透過面、１つは多孔質材料シート２２の不透過面、を有する未固定の「サンドイッチ」構造体として、可撓性熱交換アセンブリ１２が形成される。多孔質材料シート２２からなる金属発泡体は、その未焼結の状態にある。つまり可撓性を有するので、熱交換アセンブリ１２を所望の形状に容易に合わせることができる。また、熱交換アセンブリ１２を形成する要素は、互いに固定されていないので、固定された要素を造形すると、固定手段に所望しない応力が発生することがあるということからして、アセンブリ１２を巻くことや他の造形が容易になる。
【００２２】
薄膜材料シート１４、１６の好ましい寸法は、長さが約１０フィート、幅が１フィート、厚さが０．０１０インチである。多孔質材料シート２２の好ましい寸法は、長さが約１０フィート、幅が１フィート、厚さが０．２インチである。スペーサ１８の寸法は、０．０９インチに０．０２インチで長さが１０フィートの流体流路３４を形成するように、長さが約１０フィートに厚さが０．０２インチで、中心間で０．１インチ離れて置くのが好ましい。もちろん、これらの寸法は、単なる例として提示されたものであり、当然のことながら、他の適切な各種寸法を使用することもできる。
【００２３】
次いで、平らな「サンドイッチ」の態様で上記の通り組み立てられた可撓性熱交換アセンブリ１２をその長さ方向に沿って巻いて、好ましくはコア２６のまわりに、渦巻き形状を形成する。巻くと、熱交換アセンブリ１２の２つの露出した面は、互いに接触するようになり、すなわち、多孔質材料シート２２が、第１の薄膜材料シート１４に当接する。スペーサ１８は、巻き付け時に、第１の薄膜材料シート１４と第２の薄膜材料シート１６との間の適切な間隔を維持する。
【００２４】
次いで、巻いた熱交換器１０を適切な温度（例えば、２１００°Ｆ〜２３００°Ｆ）に加熱して、基の発泡材料を剛性発泡体に改質し、かつ、以下の通りに、各要素を互いに焼結する。第１の薄膜材料シート１４と第２の薄膜材料シート１６との間に挟まれた多孔質材料シート２２を、当接する２つの対向した薄膜シート１４、１６に焼結することによって、それまで露出されていた大きい方の面をシールする。多孔質材料シート２２の細長い縁部２５にリボン２４を焼結することによって、それらをシールする。同様に、第１の薄膜材料シート１４と第２の薄膜材料シート１６との間でストリップ２０を焼結し、各シールとストリップとの間のギャップをシールする。さらに、スペーサ１８を、第１の薄膜材料シート１４と第２の薄膜材料シート１６との間で焼結することによって、平行する各流体流路３４を規定する。
【００２５】
層間の残りの未シール部分は、熱交換アセンブリ１２の２つの端部であり、一方は、熱交換器１０の中央で軸方向に延び、他方は、熱交換器１０の外周で軸方向に延びている。中央に配置された端部で、一方のマニホルド４６を流体流路３４に連結して入口４２を形成し、他方のマニホルド４６を空気流路３６に連結して空気入口４０を形成する。例えば、マニホルド４６を第１の薄膜材料シート１４および第２の薄膜材料シート１６にろう付けし、マニホルド４６を多孔質材料シート２２にろう付けすることにより、上述のように連結することができる。同様に、外周に配置された端部で、一方のマニホルドを流体流路３４に連結して出口４４を形成し、他方のマニホルド４６を空気流路３６に連結して空気入口３８を形成する。薄膜材料シート１４、１６と可撓性ストリップ２０との間の外側接合部にろうペースト２８を加え、ろう付け炉内で熱交換器１０を再加熱する。第１の薄膜材料シート１４および第２の薄膜材料シート１６の細長い端部に端部キャップ３０を連結する。
【００２６】
このように形成された熱交換器１０は軽量かつ頑強である。スペーサ１８を薄膜材料シート１４、１６に焼結することにより、シートが、高圧で速い液体流れ（例えば、１５００ｐｓｉｇ、１０，０００ｌｂ／時）に耐えることが可能になる。多孔質材料シート２２は、高圧で速い空気流れ（例えば、４０ａｔｍ、２０，０００ｌｂ／時）に耐えることができる。（ニッケルベースの）好ましい材料により、流路３４、３６が高温（例えば、液体（燃料）側で６００°Ｆ、空気側で１，２００°Ｆ）に対応できるようになる。多孔質材料であるので、熱交換器１０は、この熱交換器が受ける少なくともほとんどの振動を吸収し、高い強度を有し、一方、渦巻き構造であるので、占有する容積が最小限となる。したがって、例えば、タービン冷却空気を冷却するのに燃料を使用できるサーマルヒートシンクを利用するガスタービンエンジン内で、熱交換器１０を有益に使用することができる。
【００２７】
図６を参照すると、熱交換器１１０の他の実施形態が示されている。熱交換器１１０は、可撓性熱交換アセンブリ１１２を折り重ねることによって得られるアコーディオン形状を有する。可撓性熱交換アセンブリ１１２は、順番に、第１の薄膜材料シート１１５、第１の多孔質材料シート１２２、第２の薄膜材料シート１１６、スペーサ（図示せず）、第３の薄膜材料シート１１４、第２の多孔質材料シート１２３、および第４の薄膜材料シート１１７を有する。使用する材料は、前の実施形態と同じである。
【００２８】
平行する複数の流体流路１３４は、隣接するスペーサの間の自由空間内で、第２の薄膜材料シート１１６と第３の薄膜材料シート１１４との間に規定されている。第１の多孔質材料シート１２２は、第２の薄膜材料シート１１６と熱交換する関係にあり、第２の多孔質材料シート１２３は、第３の薄膜材料シート１１４と熱交換する関係にある。それとともに、多孔質材料シート１２２、１２３は、２つの細長い空気流路１３６、１３７を規定し、流体流路１３４が細長い空気流路の間に延びている。
【００２９】
第１の多孔質材料シート１２２および第２の多孔質材料シート１２３は、可撓性熱交換アセンブリ１１２をコンパクトに折り重ねる助けとするために、熱交換器１１０の折り曲げ部で別個の部分に切り分けられている。第１の薄膜材料シート１１５および第４の薄膜材料シート１１７は不連続であるのが好ましく、それぞれの多孔質材料シート１２２、１２３の各部分を１つおきに覆って、薄膜材料１１５、１１７の１層だけが、対応する発泡材料シート１２２、１２３の２つの隣接する折り重ねた部分の間に配置されている。
【００３０】
熱交換器１１０を組み立てるために、多孔質材料シート１２２、１２３が未焼結状態にあって、まだ可撓性を有する熱交換アセンブリ１１２は、板金容器１５６内にアコーディオン型で折り畳まれる。板金容器１５６は、熱交換器１１０の４つの側面をシールするので、前の実施形態のように、熱交換アセンブリ１１２の長さ方向に沿ってリボンやストリップが必要とされることはない。次いで、各種部品が焼結され、発泡体が剛体になるように熱交換器１１０を加熱する。
【００３１】
各末端部にマニホルド１４６を設け、これを流体流路１３４に連結して、入口１４２および出口１４４を形成する。この例では、矢印１５４で示すように、燃料などの液体が熱交換器１１０の上部から底部に流体流路１３４を流れる。矢印１５２で示すように、空気は、発泡材料シート１２２、１２３と、これらのシート間の自由空間と、から構成される空気流路１３７を、熱交換器１１０の上部から底部へと流れる。もちろん、平行流や様々な流れ方向で熱交換器１１０を使用することもできる。
【００３２】
上記の説明は、単に例示することを意図しており、当業者ならば、開示した本発明の範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に対して変更を行うことができると分かるであろう。例えば、熱交換アセンブリ１２をアコーディオン型に折り畳むことができるし、または熱交換アセンブリ１１２を渦巻き形状に巻くこともできる。好ましくは相互連結された、複数の熱交換アセンブリ１２、１１２を使用して、複数の同心環状形状を形成し、環状の熱交換器を形成することができる。流体流路３４は、渦巻きの軸方向に沿って延びることができ、また、空気流１５２を軸方向に送出することもできるが、当然のことながら、そのような構造では、おそらく効率が落ちるであろう。本開示を再検討すれば、本発明の範囲内のさらに別の修正が当業者に明らかになるであろうし、そのような修正は、添付の特許請求の範囲に入るよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態による熱交換器の側断面図である。
【図２】図１の熱交換器を形成するために巻かれている可撓性熱交換アセンブリの概略斜視図である。
【図３】線３−３に沿って切り取った図１の熱交換器の断面図である。
【図４】図１の熱交換器で使用するマニホルドの平面図である。
【図５】図４のマニホルドの側面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による熱交換器の側断面図である。
【図１】
2009510380.tif 000003
【図２】
2009510380.tif 000004
【図３】
2009510380.tif 000005
【図４】
2009510380.tif 000006
【図５】
2009510380.tif 000007
【図６】
2009510380.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月27日(2007.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器を形成する方法であって、
熱伝導性の不透過材料からなる第１の可撓性シートを支持面に置くことと、
熱伝導性の不透過材料からなる第２の可撓性シートを前記第１の可撓性シート上に離間した態様で置いて、前記第１の可撓性シートと前記第２の可撓性シートとの間に、第１の流体流れ用の少なくとも１つの細長い流路を規定することと、
第２の流体流れ用の通路を規定する、複数の相互連結された孔を有する可撓性の熱伝導性発泡体からなる第３の可撓性シートを前記第２の可撓性シート上に置くことと、
によって、可撓性の熱交換アセンブリを形成するステップと、
前記可撓性熱交換アセンブリを所望の形状に成形するステップと、
剛性の熱交換器を形成するために、前記可撓性熱交換アセンブリを加熱することによって、前記熱交換アセンブリを全体として結合するステップと、
を含み、少なくとも１つの前記流路と前記通路が、互いに熱交換する関係にあって、前記熱交換器全体にわたり重なった態様で延びることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記成形するステップは、前記可撓性熱交換アセンブリを渦巻き形態に巻くことを含み、前記熱交換器は、渦巻状に延びる少なくとも１つの前記流路および前記通路を備えた、渦巻状熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の可撓性シートを置く前記ステップの前に、複数のスペーサを前記第１の可撓性シート上に置き、前記第２の可撓性シートを前記複数のスペーサ上に置くことがさらに含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記結合するステップは、前記可撓性の熱伝導性発泡体を剛性の熱伝導性発泡体に改質することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記可撓性熱交換アセンブリの前記加熱には、前記第３の可撓性シートを前記第１および第２の可撓性シートと焼結することが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記結合するステップの前に、前記複数のスペーサを耐熱性合金粉末とともに前処理するステップを行い、前記結合するステップには、さらに、前記可撓性熱交換アセンブリを加熱して、前記第３の可撓性シートを前記第１および第２の可撓性シートと焼結し、前記複数のスペーサを前記第１および第２の可撓性シートと焼結することが含まれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
熱交換器の製造方法であって、
可撓性の熱伝導材料からなり、互いに熱交換する関係にあってその中に規定される少なくとも第１および第２の隣接する流路を有する少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを形成し、
前記少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを所望の熱交換器形状に成形し、
前記少なくとも１つの熱交換アセンブリを加熱して、前記可撓性の熱伝導性材料の少なくとも一部を剛性の熱伝導性材料に改質し、かつ前記少なくとも１つの可撓性熱交換アセンブリを所望の熱交換器形状に強固に固めることを特徴とする方法。
【請求項８】
単一の可撓性熱交換アセンブリを形成し、前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも一部分が前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも他の部分と接触するように、前記単一の可撓性熱交換アセンブリを成形することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記単一の可撓性熱交換アセンブリを渦巻状に成形し、前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも一部分が、前記可撓性熱交換アセンブリの少なくとも他の部分と熱交換する関係にあることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記第１の流路と前記第２の流路とが重なって、前記渦巻きの周囲に延びることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記単一の可撓性熱交換アセンブリは、折り畳まれたアコーディオン形状に成形されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
熱交換器の可撓性熱交換アセンブリであって、
可撓性を有し、熱を伝導する、第１の流体流れを搬送するための第１の手段と、
可撓性を有し、熱を伝導する、第２の流体流れを搬送するための第２の手段と、
を有し、前記第１および第２の手段は、前記第１の流体流れと前記第２の流体流れとの間で熱を交換できるように熱交換する関係にあり、前記第２の手段は、この第２の手段が剛体になるように、加熱によって多孔質の剛性材料に改質可能な多孔質の可撓性材料を有することを特徴とする可撓性熱交換アセンブリ。
【請求項１３】
前記多孔質剛性材料は金属発泡体であることを特徴とする請求項１２に記載の可撓性熱交換アセンブリ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
多孔質材料シート２２は、粗い孔を備えた、高温に耐える熱伝導性材料からなり、この材料は、「未焼結」の状態では可撓性を有するが、焼結かまたは他の同様の処理を施されると固まる。材料としては、耐熱性合金粉末で被覆されたニッケルベースの発泡体が好ましく、焼結時に発泡ニッケル合金を形成するように作用する合金を粉末化して加えた５％高密ニッケル発泡体が最も好ましい。２００５年８月９日に登録された、ベーム（Ｂｏｈｍ）らによる米国特許第６，９２６，９６９号、ならびにそれぞれ２００５年４月２８日と２００４年１０月２１日に公開された、ともにインコ社（ＩＮＣＯ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）による国際公開第ＷＯ２００５／０３７４６７号および国際公開第ＷＯ２００４／０８９５６４号は、関連する材料と工程を開示している。リボン２４もまた、耐熱合金粉末とともに前処理されたニッケル合金からなるのが好ましい。多孔質材料シート２２は、薄膜材料シート１４、１６およびリボン２４と相性がよいので、多孔質材料シート２２は、加熱および凝固時に焼結することによって、リボン２４と、第１の薄膜材料シート１４および／または第２の薄膜材料シート１６とに固着する。すなわち、多孔質材料シート２２が接触しているシートに固着する。重なったリボン２４と可撓性ストリップ２０とは、薄膜材料シート１４、１６に固着すると、熱交換器１０の端部プレートを形成する。
【国際調査報告】
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