(57)【要約】【課題】熱交換器アセンブリを提供する。【解決手段】熱交換器（１４）を形成する装置および方法が、熱交換器（１４）への第１の流体入口（３０）を画定する第１のマニホールド（２６）と、熱交換器（１４）への第２の流体入口（３２）を画定する第２のマニホールド（２８）と、を含むことができる。格子セル体（４４）を、第１の流通路（５８）セットと第２の流通路（７８）セットとを形成することができる熱交換器（１４）に設けることができる。第１および第２の流通路（５８，７８）セットは、互いに絡み合う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体入口（３０）を画定する第１のマニホールド（２６）と、
第２の流体入口（３２）を画定する第２のマニホールド（２８）と、
格子セル体（４４）と、
を備えた、熱交換器（１４）であって、前記格子セル体（４４）は、
前記第１のマニホールド（２６）と流体連通する第１の流通路（５８）セットであって、前記第１の流通路（５８）セットは、前記第１の流体入口（３０）から延びる第１の分岐流通路セット（６２）を含み、前記第１の分岐流通路セット（６２）は、双曲線形状を形成する第１の相互接続通路（７０）に収束し、別の第１の分岐流通路セット（６２）に分岐する、第１の流通路（５８）セットと、
前記第２のマニホールド（２８）と流体連通する第２の流通路（７８）セットであって、前記第２の流通路（７８）セットは、前記第２の流体入口（３２）から延びる第２の分岐流通路セット（８０）を含み、前記第２の分岐流通路セット（８０）は、双曲線形状を形成する第２の相互接続通路（８２）に収束し、別の第２の分岐流通路セット（８０）に分岐する、第２の流通路（７８）セットと、
を有し、
前記第１の分岐流通路の少なくとも一部は、前記第２の分岐流通路の少なくとも一部と絡み合っている、
熱交換器（１４）。
【請求項２】
前記第１の流通路（５８）セットまたは前記第２の流通路（７８）セットの少なくとも一方が、円形の断面を有する、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項３】
前記第１の流通路（５８）セットまたは前記第２の流通路（７８）セットの少なくとも一方が、流れ増大構造を有する、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項４】
前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、実質的に同じサイズの通路を含んで１：１のアスペクト比を形成する、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項５】
前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、異なるサイズの通路を含んで１：２のアスペクト比を形成する、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項６】
前記格子セル体（４４）内の前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、逆流または交差流の一方に向いている、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項７】
前記格子セル体（４４）が、前記第１の流通路（５８）セットを画定する第１の部分と、前記第２の流通路（７８）セットを画定する第２の部分とを含み、前記第１の部分および前記第２の部分は、第３の流通路セットを画定するように離間されている、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項８】
前記格子セル体（４４）が、前記第１および第２の流通路（５８，７８）セットを画定する第１の部分を含み、前記格子セル体（４４）は、前記第１の流通路（５８）セット内に配置されて第３の流通路セットを画定する第２の部分をさらに含み、前記格子セル体（４４）は、前記第２の流通路（７８）セット内に配置されて第４の流通路セットを画定する第３の部分をさらに含む、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項９】
前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路（７８）セットと絡み合った各合流点に２つの入口と２つの出口を有する、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【請求項１０】
前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路セットとの第１の絡み合った合流点に１つの入口と３つの出口を有し、前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路（７８）セットとの第２の絡み合った合流点に３つの入口と１つの出口を有する、請求項１に記載の熱交換器（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機で使用される現在のエンジンは、様々な方法でエンジンから放出させなければならないかなりの量の熱を生成する。熱交換器は、熱をそのようなエンジンから放出させる方法を提供する。
【０００３】
エンジンベアリング、発電機などのエンジン部品からの熱を放散するために、オイルを使用することができる。熱は、典型的には、熱交換器を用いてオイルから放出され、約１００°Ｆ〜３００°Ｆの所望の範囲にオイル温度を維持する。多くの場合、外部環境は−６５°Ｆほどの低温であり得る。このような例では、冷たい空気の流れを用いて、強制対流によって熱交換器でオイルを冷却することができる。他の用途では、空気、燃料、およびオイルを利用して、必要に応じて互いに冷却し、加熱する。
【０００４】
さらに、電気システムによって発生した熱、例えばアビオニクスシャーシ内の熱を放散させるために、熱交換器を航空機内に配置することができる。熱交換器は、電気部品から熱を引き出すための導管などの複数の要素を含むことができる。熱交換器を使用して、電気部品から引き出された熱を放散することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６０２０２００３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、本開示は、第１の流体入口を画定する第１のマニホールドと、第２の流体入口を画定する第２のマニホールドとを含む熱交換器に関する。格子セル体は、第１のマニホールドと流体連通する第１の流通路セットを有する。第１の流通路セットは、第１の流体入口から延びる第１の分岐流通路セットを含む。第１の分岐流通路セットは、双曲線形状を形成する第１の相互接続通路に収束し、別の第１の分岐流通路セットに分岐する。格子セル体は、第２のマニホールドと流体連通する第２の流通路セットをさらに含み、第２の流通路セットは、第２の流体入口から延びる第２の分岐流通路セットを含む。第２の分岐流通路セットは、双曲線形状を形成する第２の通路に収束し、別の第２の分岐流通路セットに分岐する。第１の分岐流通路の少なくとも一部は、第２の分岐流通路の少なくとも一部と絡み合っている。
【０００７】
別の態様では、本開示は、第１の流体入口と流体連通する第１の双曲線状の流通路セットを有する本体を備えた熱交換器に関する。第１の双曲線状の流通路セットは複数の鞍点を含む第１の分岐流通路セットを含み、そこで、第１の分岐流通路セットのうちの２つが１つの平面に沿って漸近的に収束し、次いで直交平面上で漸近的に分岐する。第２の双曲線状の流通路セットは、第２の流体入口と流体連通している。第２の双曲線状の流通路セットは複数の鞍点を含む第２の分岐流通路セットを含み、そこで、第２の分岐流通路セットのうちの２つが１つの平面に沿って漸近的に収束し、次いで直交平面上で漸近的に分岐する。第１の分岐流通路の少なくとも一部と第２の分岐流通路セットの少なくとも一部とが絡み合っている。
【０００８】
さらに別の態様では、本開示は、格子セル体を形成することを含む熱交換器を形成する方法に関し、格子セル体は、第１の分岐流通路セットを含み、第１の分岐流通路セットは、双曲線形状を有する第１の通路に収束し、別の第１の分岐流通路セットに分岐し、格子セル体は、第２の分岐流通路セットをさらに含み、第２の分岐流通路セットは、双曲線形状を有する第２の通路に収束し、別の第２の分岐流通路セットに分岐する。第１の分岐流通路の少なくとも一部は、第２の分岐流通路の少なくとも一部と絡み合っている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に記載の様々な態様によるアビオニクスシャーシを有する航空機の斜視図である。
【図２】本明細書に記載の様々な態様による、図１のアビオニクスシャーシに使用するためのマニホールドのセットに相互接続された熱交換器の斜視図である。
【図３】本明細書に記載の様々な態様による、図２の熱交換器に使用するための流通路セットを形成する格子セル体の斜視図である。
【図４】本明細書に記載の様々な態様による、双曲線形状を有する図３の格子セル体の流通路セットのうちの１つの一部分の概略図である。
【図５】本明細書に記載の様々な態様による、対向する流通路のための分岐通路と整列した相互接続通路を有する、相互に絡み合った２つの流通路セットの概略図である。
【図６】本明細書に記載の様々な態様による、図３の格子セル体の２つの絡み合った流通路の別の概略図である。
【図７】本明細書に記載の様々な態様による、格子セル体によって画定されたソリッド要素として示された２つの流通路セットを有する、図３の格子セル体の一部分の分解図である。
【図８】格子セル体が除去された図７の２つの相互に絡み合ったソリッドの流通路セットの斜視図である。
【図９】図７の格子セル体および流通路セットの別の概略図であり、絡み合った構成と流通路セットに対する１：１のアスペクト比を示している。
【図１０】側部、頂部、および底部で囲まれている図７の格子セル体の一部分の別の図であり、導管を通る流路を示している。
【図１１】本明細書に記載の様々な態様による、対角線方向に４５度回転した流通路セットを有する図７の２つの流通路セットの別の斜視図である。
【図１２】側部、頂部、および底部で囲まれている図１１の流通路セットの概略図であり、拡大された入口および出口ならびに流通路セットを通る流路を示している。
【図１３】本明細書に記載の様々な態様による格子セル体内に形成された流れ増大構造を有する別の例示的な格子セル体の分解図である。
【図１４】本明細書に記載の様々な態様による、１：２のアスペクト比を有する流通路セットの分解されたソリッド表現を有する別の例示的な格子セル体の分解図である。
【図１５】明瞭化のため格子セル体が除去された図１４の流通路セットの斜視図である。
【図１６】側部、頂部、および底部で囲まれている図１４の格子セル体の一部分の斜視図であり、入口および出口ならびに流通路セットを通る流路を示している。
【図１７】本明細書に記載の様々な態様による、第１および第２の流通路セットを画定する２つの格子セル部分を有し、２つの格子セル部分の間に第３の流通路セットを画定するように離間された、例示的な格子セル体の分解図である。
【図１８】明瞭化のため格子セル体が除去された図１７の流通路セットの斜視図である。
【図１９】流通路セットと、側部、頂部、および底部で囲まれている格子セル体部分との斜視図であり、流通路セットを通る流路を示している。
【図２０】本明細書に記載の様々な態様による、第１および第２の流通路セットを画定する第１の格子セル部分を有し、第１の格子セル部分内に設けられて第３および第４の流通路セットを画定する２つの追加の格子セル部分をさらに含む、別の例示的な格子セル体の分解図である。
【図２１】第１および第２の流通路セットならびに第３および第４の流通路セットを明確にするために格子セル体が除去された図２０の流通路セットの斜視図である。
【図２２】側部、頂部、および底部で囲まれている図２０の格子セル体の斜視図であり、流通路セットを通る流路を示している。
【図２３】本明細書に記載の様々な態様による、格子セル体によって画定されたソリッド要素として示された３つのブランチを伴う分岐流通路を有する２つの流通路セットを備えた別の例示的な格子セル体の分解図である。
【図２４】明瞭化のため格子セル体が除去された図２３の２つの流通路セットの斜視図である。
【図２５】本明細書に記載の様々な態様による、１：１のアスペクト比を有する図２４の２つの流通路セットによって画定される流れパターンの概略図である。
【図２６】側部、頂部、および底部で囲まれている図２３の格子セル体の斜視図であり、流通路セットを通る流路を示している。
【図２７】本明細書に記載の様々な態様による、１：２のアスペクト比を有し、格子セル体によって画定されたソリッド要素として示された３つのブランチを伴う分岐流通路を有する２つの流通路セットを備えた別の例示的な格子セル体の分解図である。
【図２８】明瞭化のため格子セル体が除去された図２７の２つの流通路セットの斜視図である。
【図２９】側部、頂部、および底部で囲まれている図２３の格子セル体の斜視図であり、流通路セットを通る流路を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載される開示の態様は、熱交換器アセンブリに関する。説明の目的で、本開示は、航空機の内部に設けられた熱交換に関して説明される。すなわち、航空機のアビオニクスシャーシ内に設けられている。しかしながら、本明細書に記載された開示の態様はそれに限定されず、航空機のタービンエンジン内などの熱交換器または対流熱伝達を必要とするまたは利用する任意の環境内で一般的に適用可能であるが、他のモバイルアプリケーションや非モバイル産業、商業、および居住用アプリケーションなどの非航空機アプリケーションにも適用可能である。
【００１１】
本明細書で使用する「前方」または「上流」という用語は、流体またはガスの流れの入口または源に比較的近い方向に移動することを指す。「前方」または「上流」と関連して使用される「後方」または「下流」という用語は、出口または端に比較的近い方向を指す。本明細書で使用する「セット（ｓｅｔ）」という用語は、１つまたは複数の要素を指すことができる。すべての方向についての言及（例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上部、下部、上方、下方、左、右、横方向、前部、後部、頂部、底部、上に、下に、垂直、水平、時計回り、反時計回り、上流側、下流側、前方、後方など）は、本開示の読者の理解を助けるための識別目的のためだけに使用され、特に本明細書に記載される本開示の態様の位置、方向、または使用に関して限定するものではない。接続についての言及（例えば、取り付ける、結合する、連結する、接合する）は広義に解釈されるべきであり、特に断らない限り、要素の集合間の中間部材および要素間の相対運動を含むことができる。このように、接続についての言及は、２つの要素が直接に接続され、互いに固定された関係にあると必ずしも推測する必要はない。例示される図面は、あくまでも説明を目的とするものであり、添付の図面に反映される寸法、位置、順序、および相対サイズは、様々に変更可能である。
【００１２】
図１は、電力管理パネルを含むことができる機内のアビオニクスシャーシアセンブリ１２（破線で示す）を備えた航空機１０を概略的に示している。アビオニクスシャーシアセンブリ１２は、様々なアビオニクス要素を収容し、それらを汚染物質、振動などから保護し、アビオニクスまたは電子部品によって生成された熱を放散させるのを助けることができる。アビオニクスシャーシアセンブリ１２は、図示のように鼻部だけでなく、航空機１０内のどこにでも配置できることが理解されよう。例えば、航空機１０の周囲に電力を分配する任意の数の電力管理パネルが存在し得る。民間旅客機に図示されているが、アビオニクスシャーシアセンブリ１２は、限定されることなく、固定翼、回転翼、ロケット、民間航空機、個人用航空機、および軍用航空機などの任意のタイプの航空機に使用され得る。さらに、本開示の態様は、航空機の態様にのみ限定されず、他の移動および固定構成に含めることができる。非限定的な例として、移動構成は、地上ベース、水ベース、または追加の空気ベースのビークルを含むことができる。実装には、独自のスペース制約と電源要件がある。このように、本明細書に記載のアビオニクスシャーシアセンブリ１２の特定の態様の設計を、実装の特定のインストール要件に適合するように調整することができる。
【００１３】
図２を参照すると、図１のアビオニクスシャーシアセンブリ１２に熱を放散または除去するための熱交換器１４を設けることができる。熱交換器ハウジング１６は、熱交換器１４の内部２０を画定する壁１８のセットを含むことができる。タブ２２のセットは、ハウジング１６をアビオニクスシャーシ１２にマウントされるような別の要素に取り付けることによって熱交換器１４をマウントするために、マウント開口２４を含むことができる。
【００１４】
第１のマニホールド２６および第２のマニホールド２８は、熱交換器１４に結合して、それぞれ第１の流体入口３０および第２の流体入口３２を画定することができる。同様に、第３のマニホールド３４および第４のマニホールド３６は、それぞれ第１の流体出口３８および第２の流体出口４０を画定することができる。第１の流体入口３０は、熱交換器１４を通る第１の流路を介して第１の流体出口３８に流体的に結合することができ、第２の流体入口３２は、熱交換器１４を通る第２の流路を介して第２の流体出口４０に流体的に結合することができる。マニホールド２６，２８，３４，３６は、熱交換器１４をよりよく説明するために破線で示されていることを理解されたい。さらに、マニホールド２６，２８，３４，３６は単に例示的な目的のために示したものであり、任意の適切な形状、輪郭、結合などを含んでもよいことが理解されよう。
【００１５】
ハウジング１６内に形成された複数の入口開口部４２は、内部２０を第１の流体入口３０に流体的に結合し、第１の流路の一部を形成することができる。複数の入口４６は、内部２０を第２の流体入口３２に流体的に結合し、第２の流路の一部を形成することができる。同様に、第３および第４のマニホールド３４，３６に、内部２０からの流体の流出を提供する開口部または出口のセットを設けることができる。
【００１６】
図３を参照すると、格子セル体４４は、図２のハウジング１６の内部２０に設けられたソリッド構造であり、第１の流路および第２の流路の一部を画定することができる。より具体的には、格子セル体４４は、格子セル体４４の外壁５０に沿って複数の入口または出口を画定することができる流通路４８のシステムを画定することができ、流通路４８は格子セル体を貫通して延び、複雑な細長い流体通路を形成する。格子セル体４４は、図示のように６×６×６の構成で編成されている。格子セル体４４は、単一の、６×６×６の一体型要素として示されているが、任意の寸法または形状を有するものとして編成されてもよいし、複数の組み合わせたより小さな格子セル体で作られてもよい。第１の代替的な例では、格子セル体を、外壁５０のみを越えて追加の内壁を有する４×５×６の要素とすることができる。別の例では、格子セル体４４は、流通路４８を相互に接続するように取り付けられた３×３×３の８つの要素の組み合わせであってもよい。格子セル体４４は、任意の数の流通路４８を画定する任意の適切なサイズであるように任意の数のセルを含むことができることを理解されたい。流通路４８は、図２のマニホールド２６，２８，３４，３６と流体連通して、格子セル体４４を通って流体の流入および流出を提供して、第１の流路および第２の流路の一部を画定することができる。
【００１７】
図４を参照すると、双曲線形状６０が示されており、そのような双曲線形状が含まれて流通路４８の一部を画定することができる。非限定的な例として、第１の流路用などの第１の流通路５８セットは、第１の分岐流通路セット６２を含むことができる。第１の分岐流通路セット６２は、矢印６６で表される第１の方向に第１の平面６４に沿って第１の相互接続通路７０に漸近的に収束する２つのブランチ５６に分離される。第１の流通路５８セットは、次いで、矢印６７で表される第２の方向に、２つのブランチ５６を有する別の第１の分岐流通路セット６２に分岐する。第１の相互接続通路７０は、収束および分岐する第１の分岐流通路セット６２の両方のブランチ５６を流体的に結合する。第１の分岐流通路セット６２は、第１の相互接続通路７０を通って画定される長手方向軸線７６に対して第１の平面６４に直交するように向けられた第２の平面６８を画定する。さらに、第１および第２の平面６４，６８は両方とも、長手方向軸線７６に平行である。
【００１８】
第１の鞍点７２が、第１の相互接続通路７０に収束し、第１の相互接続通路７０から分岐する第１の流通路５８によって画定され、線７４で示される双曲線形状６０を画定する。鞍点７２は、第１の流通路５８によって画定される流路の変曲点を画定することができる。
【００１９】
ここで図５を参照すると、格子セル体４４の概略図が示されており、矢印は、第１の流路および第２の流路の両方の流通路４８を表し、格子セル体４４は、交互の分岐流通路セット６２と相互接続通路７０とを含む実線で示された第１の流通路５８セットを含んでいる。格子セル体４４は、識別を容易にするため破線で示された第２の流通路７８セットをさらに含み、この第２の流通路７８セットは、第２の相互接続通路８２に収束し、第２の相互接続通路８２から分岐する２つのブランチ８４を伴う第２の分岐流通路セット８０を有する。概略的に示されているが、第２の分岐流通路セット８０は、図４に記載された第１の流通路５８と同じ双曲線形状および幾何学的形状を有することができることを理解されたい。
【００２０】
第２の流通路７８セットは、識別を容易にするために実線で示された第１の流通路５８セットと絡み合い、第１および第２の流通路５８，７８セットは、互いに流体的に隔離された状態である。第２の相互接続通路８２を、第１の分岐流通路セット６２に隣接して配置することができ、第１の相互接続通路７０を、第２の分岐流通路セット８０に隣接して配置することができる。相互接続通路７０，８２を第１および第２の分岐流通路セット６２，８０と整列させることにより、格子セル体４４の第１および第２の流通路５８，７８セットの両方に絡み合った構成の空間が形成される。
【００２１】
第１および第２の分岐流通路セット６２，８０の各ブランチ５６，８４は、収束および分岐する分岐流通路セット６２，８０の両方の部分を形成することをさらに理解されたい。各ブランチ５６，８４は、第１または第２の相互接続通路７０，８２の一方から分岐し、同時に下流の第１または第２の相互接続通路７０，８２に向かって収束することができる。さらに、図４の説明で最もよく説明したように、それぞれの別の分岐流通路セット６２，８０は、互いに直交するように向けられている。このように、第１および第２の流通路５８，７８セットは、相互に絡み合う３次元の格子状または準格子状の構造を画定する。第１および第２の流通路５８，７８は、実質的に異なる方向に流れるものとして示されているが、流れ方向は例示的であり、任意の方向に流れることができることを理解されたい。代替の一例では、図５に示すように、第１および第２の流通路５８，７８の両方が、ページの上部に向かって上方に流れることができる。
【００２２】
ここで図６を参照すると、第１の流通路５８セットの一部の概略図が、第２の流通路７８セットの一部と絡み合って示されている。図示のように、第１および第２の流通路５８，７８セットは、対向する第１および第２の相互接続通路７０，８２と整列している。互いに絡み合うために、第１および第２の流通路５８，７８は、第１または第２の相互接続通路７０，８２を通って画定された長手方向軸線７６に対して４５度ずれて、第１の分岐流通路セット６２が第２の分岐流通路セット８０と交差しないようにすることができる。さらに、交互の分岐流通路セット６２，８０は、対向する流通路５８，７８を絡み合わせるために、視点に応じて、互いの前または後ろを通過することができる。同様に、共通の長手方向軸線７６上に実質的に配置されているように図示されているが、第１および第２の流通路５８，７８によって画定された軸線は、３次元空間において互いに離間していてもよく、互いに平行に延びていてもよい。
【００２３】
図７は、格子セル体４４内の第１および第２の流通路５８，７８によって画定された幾何学的形状をよりよく説明するために、第１の流通路５８および第２の流通路７８がソリッド要素として示されている格子セル体４４の２×２×２の３次元部分９０の分解図を示している。格子セル体４４の形状は、第１および第２の流通路５８，７８を同時に分離する。第１のキャビティセット９４と第２のキャビティセット９６に結合する格子セル体４４に開口部９２のセットが設けられている。第１のキャビティセット９４は、第１の流通路５８セットを表す格子セル体を通る第１の流路を画定するように、流体的に結合され得る。第２のキャビティセット９６は、第２の流通路７８を表す第２の流路を画定するように、流体的に結合され得る。開口部９２と、第１および第２のキャビティセット９４，９６によって画定される第１および第２の流通路５８，７８とは、１つの非限定的な例では、第１または第２の流通路５８，７８のうちの１つまたは複数にわたって連続する丸みを帯びた四角形の断面を有することができる。別の非限定的な例では、第１または第２の流通路５８，７８は、正方形、直線状、円形、楕円形、幾何学的形状またはその他の輪郭を有することができる。第１および第２の流通路５８，７８の断面積または形状は、分岐流通路セット６２，８０と相互接続通路７０，８２との間で移行する双曲線形状によって画定される幾何学的形状を考慮に入れて可変であり得ることがさらに企図される。
【００２４】
第１および第２の流通路セット５８，７８は、図８に３次元で示すように互いに絡み合っており、第１および第２の分岐流通路セット６２，８０は、対向する第１および第２の相互接続通路７０，８２に対して相補的に配置される。第１の分岐流通路セット６２は、第２の流通路７８セットの第２の相互接続通路８２を取り囲むことができる。同様に、第２の流通路７８セットの第２の分岐流通路セット８０は、第１の流通路５８セットの第１の相互接続通路７０を取り囲むことができる。このような構成では、第１および第２の流通路５８，８０は、格子セル体４４全体にわたって互いに絡み合っている。
【００２５】
ここで図９を参照すると、第１および第２の流通路５８，７８セットの別の概略図は、格子セル体４４によって画定されるサイズおよび間隔を示している。第１および第２の流通路５８，７８セットのそれぞれは、交互の第１および第２の相互接続通路７０，８２の間に配置された交互の第１および第２の分岐流通路セット６２，８０を含む。図示されているように、第１および第２の分岐流通路セット６２，８０は、第１および第２の相互接続通路７０，８２の面積の約２倍またはそれに等しい断面積を画定することができる。第１および第２の分岐流通路セット６２，８０ならびに第１および第２の相互接続通路７０，８２の別の領域では、第１または第２の流通路５８，７８セットの平均流れ方向に直交する格子セル体４４を通る任意の所与の断面において、第１および第２の流通路５８，７８セットについて１：１のまたは約１：１のアスペクト比を画定することができる。１：１のアスペクト比は非限定的であり、格子セル体４４によって画定される第１および第２の流通路５８，７８の任意のアスペクト比が考慮されることを理解されたい。
【００２６】
第１の流通路５８セットは、高温流体を流すための流路を提供することができ、第２の流通路７８セットは、低温流体を通過させるための別個の流体的に隔離された第２の流路を提供することができる。高温および低温の流れが通過する間、格子セル体４４によって形成される第１の流通路と第２の流通路との間の共通壁を介して熱が伝達され得る。したがって、熱交換器１４は、第１の流通路セットを通って供給される高温流体から熱を放散するように動作することができる。高温流体および低温流体として記載されているが、高温流体は低温流体の温度よりも高い温度を有するに過ぎず、特別な温度は必要でないことを理解されたい。さらに、高温流体は第１の流通路５８セットに限定されず、低温流体は第２の流通路７８セットに限定されない。任意の流れが、熱交換器に望ましいように、任意のセットの通路を通過することができる。さらに、熱伝導材料のような格子セル体４４を形成する材料を、熱伝達を容易にするように適合させることができる。
【００２７】
熱交換器１４の絡み合った第１および第２の流通路５８，７８は、第１および第２の分岐流通路セット６２，８０と第１および第２の相互接続通路７０，８２とで交互に繰り返される周期的な流通路として形成される。分岐流通路セット６２，８０と相互接続通路７０，８２との間で移行する第１および第２の流通路５８，７８は、第１または第２の流通路５８，７８の別の第１および第２の分岐流通路セット６２，８０が互いに直交する平面を画定するので、双曲線形状を形成する。第１および第２の流通路５８，７８の直交する双曲線形状は、第１または第２の流通路５８，７８の一方を４５度回転させ、他方に対してずらして２つを絡み合わせることができる。
【００２８】
格子セル体４４を含む熱交換器アセンブリ１４は、熱交換器内の改善された熱伝達を提供する。第１および第２の分岐流通路セット６２，８０によって画定される第１および第２の流通路５８，７８セットの双曲線形状は、通路が回転または収束することを要求する前に、長さ対直径の比が非常に小さい。小さい比率は、第１および第２の流通路５８，７８に沿った圧力降下を最小にする。さらに、双曲線の鞍点７２は、圧力損失を最小にしながら熱伝達を改善するために急激な方向変化とは対照的に、漸進的な流れ方向の変化を提供する。さらに、熱交換器の格子状または準格子状の構造は、流体的に隔離されたままで、第１および第２の流通路５８，７８セットの対向する流路を絡み合った幾何学的形状と完全に混合することによって熱交換器を通じた不均衡の影響を最小限に抑える。同様に、双曲線の分岐した第１および第２の流通路５８，７８の非線形の複雑な幾何学的形状は、有効長を５０％以上増加させる。増加した有効長さは、熱交換器内の改善された熱伝達をもたらし、結果として効率が改善される。さらに、双曲線状、分岐状、および絡み合った幾何学的形状は、第１および第２の流通路５８，７８セットに沿ってより大きな熱伝達係数を提供する。したがって圧力損失を最小にし、熱交換器内の熱伝達係数を改善しながら、熱交換器の効率が改善される。
【００２９】
熱交換器１４はまた、改善された製造可能性を提供する。熱交換器は、非限定的な例において、直接金属レーザ溶融または直接金属レーザ焼結を含む３Ｄ印刷のような付加的な製造によって製造され得る。上記のような複雑な格子状または準格子状の幾何学的形状を、基本的な２ｘ２ｘ２ブロック構造としてモデル化することができる。ブロック構造を、付加的な製造によって迅速かつ正確に製造することができる。さらに、ブロック構造を、特定の熱交換器アセンブリによって要求されるように、大きくまたは小さくパターン化することができる。そのようなパターンは、２つの非限定的な例において、３×３×３または８×８×８を含むことができる。同様に、非水平方向の通路が、付加的な製造中に効果的な粉末排出を提供することができ、またビルド品質を最大にし、表面粗さを最小にすることができる。
【００３０】
熱交換器１４は強度をさらに向上させる。格子状または準格子状の構造は、熱交換器内の強度を向上させる。直交する向きの複数の分岐流通路セット６２，８０は、熱交換器の構造的完全性を改善する。
【００３１】
ここで図１０を参照すると、格子セル体４４の部分９０は、頂部１００、底部１０２、および側部１０４で囲まれ、第１の端部１０６および第２の端部１０８が開口部９２を有するように示されている。第２の端部１０８は、破線で示され、図示のように側部１０４および頂部１００によって隠されている。
【００３２】
第１の流通路５８は、２つの入口１１０を含むことができ、第２の流通路７８は、格子セル体４４によって互いに分離された２つの出口１１２を含むことができる。入口１１０を有する第１の流通路５８は、第１の流れ方向１１４を画定することができ、出口１１２を有する第２の流通路７８は、第１の流れ方向１１４とは反対の第２の流れ方向１１６を画定することができる。対向する流れ１１４，１１６は、熱交換器１４を通る逆流を画定することができる。逆流構成を有するものとして示されているが、熱交換器１４の構造、格子セル体４４、または第１および第２の流通路５８，７８セットの構成は、任意の方向に流路を画定することができ、頂部１００、底部１０２、もしくは側部１０４を有するか、または図示の流れとは異なる流れを画定するための任意の構成内にそれが欠如している。別の例では、いくつかの開口部を側部１０４に形成することができる。側部１０４を通過する第３の流れ方向１１８は、第１または第２の流通路５８，７８の一方の流れに対して交差流を画定する方向であり得る。第３の流れ方向１１８の交差流は、第１または第２の流れ方向１１４，１１６のいずれかの平均流れ方向に実質的に直交する方向であり得る。さらに別の代替的な例では、流れ方向は同じ方向に進むことができ、平行な流れ方向を画定する。
【００３３】
ここで図１１を参照すると、第１および第２の流通路５８，７８は、対角線方向になるように、４５度回転することができる。視覚的に異なるが、図８に示す格子セル体４４の構成は、図１１のものと同一であり、第１および第２の流通路５８，７８を通る回転した流れ方向を画定するように回転方向のみが変更されている。幾何学的構成は同じであるが、流路は、図７の分解図に示すように、水平または垂直に向けられた通路の組み合わせとは反対の角度に向けられる。さらに、本明細書で説明されるような任意の流通路を画定する任意の熱交換器または任意の格子セル体は、４５度の角度で回転されて上述の対角線方向を形成することができることを理解されたい。任意の熱交換器、格子セル体、または流通路を、水平、垂直、または４５度の向きに限定されない任意の角度で回転させることができことがさらに企図される。
【００３４】
ここで図１２を参照すると、格子セル体４４は、頂部１００、底部１０２、および側部１０４で囲まれ、図１１の対角線方向に向けられている。対角線方向に向けられた格子セル体４４は、拡大された入口１１０および出口１１２を画定することができる。明らかに、入口１１０および出口１１２は、第１の流れ方向１１４および第１の流れ方向１１４とは反対の方向の第２の流れ方向１１６を画定する対角線方向に格子セル体４４の長さに沿って延在することができる。拡大された入口１１０および出口１１２を利用して、熱交換器１４を通る流量を適合させることができる。さらに、拡大された入口１１０および出口１１２は、図２のマニホールド２６，２８，３４，３６における熱交換器１４の相互接続の複雑さを低減することができる。
【００３５】
熱交換器１４の傾斜した向きにより入口１１０および出口１１２を調整することができることを理解されたい。特定の傾斜した向きを、特定の熱交換器に望ましいように、入口１１０および出口１１２を適合させるように変更および調整することができる。このような変化を利用して、熱交換器の流量を適合させることができる。
【００３６】
図１３を参照すると、代替の例示的な熱交換器１３０は、第１の流通路１３４および第２の流通路１３６を画定する格子セル体１３２を含むことができる。格子セル体１３２は、格子セル体１３２内に形成された１つまたは複数の流れ増大構造１３８を含むことができる。流れ増大構造１３８は、１つの非限定的な例において、格子セル体１３２から第１または第２の流通路１３４，１３６に延びるタービュレータのような正の要素であってもよい。あるいは、追加の非限定的な例において、バンプ、リブ、またはシェブロンのような任意の流れ増大構造を利用してもよい。さらに、流れ増大構造１３８は、格子セル体１３２に形成される負の構造であってもよく、第１または第２の流通路１３４，１３６の一部として画定された有効な流れ増大領域を生成する。このような負の構造は、正の構造１３８と同様の任意の形状であってもよく、非限定的な例として、ディボットを含んでもよい。
【００３７】
本明細書で説明される流れ増大構造１３８は、第１または第２の流通路１３４，１３６の１つまたは複数を通過する流れに局所的に影響を及ぼす。流れ増大構造１３８は、流れに影響を及ぼすことによって、第１または第２の流通路１３４，１３６内の局部的な熱伝達係数を増加させる。流れ増大構造１３８を、格子セル体１３２の周りにパターン化して、熱交換器アセンブリ１３０全体にわたる熱伝達係数を改善することができる。さらに、第１または第２の流通路１３４，１３６に沿った圧力損失を最小限に抑えながら、熱交換器アセンブリ１３０の熱伝達係数を最大にするように、流れ増大構造１３８を配置することができる。例えば、流れ増大構造１３８を、第１および第２の流通路１３４，１３６の分岐部に限定することができるが、第１および第２の流通路１３４，１３６内の合流点での圧力損失を最小にするために、相互接続通路または鞍点には存在しない。あるいは、追加の質量を最小にしながら、流れ増大構造１３８の有効性を改善するために、流速が増加し得る相互接続通路に流れ増大構造１３８を配置することができる。
【００３８】
図１４を参照すると、代替の例示的な熱交換器１５０の分解図が示されており、格子セル体１５２は、１：２のアスペクト比を画定する第１の流通路１５４セットおよび第２の流通路１５６セットから分解され、第１および第２の流通路１５４，１５６セットは、格子セル体１５２によって画定される幾何学的形状の理解を容易にするために、ソリッド要素として示されている。格子セル体１５２は、第１のキャビティ１５８と第２のキャビティ１６０とを画定することができ、格子セル体１５２は、第１のキャビティ１５８を第２のキャビティ１６０から流体的に分離する。第１のキャビティ１５８は、第１の流通路１５４セットを画定することができ、第２のキャビティ１６０は、第２の流通路１５６セットを画定することができる。
【００３９】
第１の流通路１５４セットは、第１の相互接続通路１６４で相互接続する１つまたは複数の第１の分岐流通路セット１６２を含むことができ、図７の第１および第２の流通路５８，７８セットと実質的に同様であり得、第１の分岐流通路１６２から第１の相互接続通路１６４に収束した後、別の第１の分岐流通路１６２に分岐する双曲線形状を有して、第１の相互接続通路１６４の反対側の他の分岐流通路１６２と直交する平面を画定する。
【００４０】
第２の流通路１５６は、同様に、第２の相互接続通路１６８によって相互接続された１つまたは複数の第２の分岐流通路セット１６６を含むことができる。格子セル体１５２の形状は、第１および第２の流通路１５４，１５６を同時に分離し、相互に絡み合う第１および第２の分岐流通路１６２，１６６を画定する。
【００４１】
図１５を参照すると、第１の流通路１５４セットは、明瞭化のため格子セル体１５２が除去された第２の流通路セット１５６と絡み合っている。第１の流通路１５４セットの第１の分岐流通路１６２セットを、第２の流通路１５６セットの第２の相互接続通路１６８の周りに配置することができ、第２の流通路１５６セットの第２の分岐流通路１６６セットを、第１の流通路１５４セットの第１の相互接続通路１６４の周りに配置することができ、第１および第２の流通路１５４，１５６セットが互いに絡み合うようにする。
【００４２】
ここで図１６を参照すると、例示的な頂部１７０、底部１７２、および側部１７４で囲まれ、熱交換器１５０を通る流路を示すように熱交換器１５０の部分が示されている。第１の流通路１５４は第１の流れ方向１７６を画定することができ、第２の流通路１５６は第２の流れ方向１７８を画定することができる。第１の流れ方向１７６および第２の流れ方向１７８を、逆流として対向する方向に向けることができる。逆流構成を有するものとして示されているが、熱交換器１５０の構造、格子セル体１５２、または流通路セットの構成は、任意の方向に流路を画定することができ、頂部１７０、底部１７２、もしくは側部１７４を有するか、または図示の流れとは異なる方向に流れを画定するための任意の構成内にそれが欠如している。一例では、第１および第２の流れ方向１７６，１７８が実質的に互いに直交する交差流であるか、または実質的に同じ方向に進んで平行であるように、流れ方向を編成することができる。
【００４３】
第１の流通路１５４セットの第２の流通路１５６セットに対するアスペクト比が１：２であるように、第１の流通路１５４セットによって占有される容積を、第２の流通路１５６によって占有される容積の半分とすることができる。第１の流通路１５４の第２の流通路１５６に対するアスペクト比１：２により、特定の必要性に基づいて熱交換器１５０を通る流れを調整する。第１の例では、第１の流通路１５４の第２の流通路１５６に対する流量を１：２とすることもできる。このため、第１および第２の流通路１５４，１５６を通る流速は同じであり得る。あるいは、流量を１：１とすることができ、第１の流通路１５４を通る流速を、第２の流通路１５６を通る流速の２倍にする必要がある。したがって、本明細書に記載の格子セル体は、熱交換器の効率を最大にするために、特定の予期される流量に合わせたアスペクト比を有することができることを理解されたい。さらに、流量は、航空機の離陸時およびアイドル時などの典型的な動作中に減少する一方で、高い位置での動作中に流量を増加させることができる。
【００４４】
ここで図１７を参照すると、別の例示的な熱交換器２００の分解図が、第１の部分２０４および第２の部分２０６を有する格子セル体２０２を含んでいる。第１の流通路２０８セットは第１の部分２０４によって画定され、第２の流通路２１０セットは第２の部分２０６によって画定され、第３の流通路２１２セットは第１の部分２０４と第２の部分２０６との間に画定される。第１、第２、および第３の流通路２０８，２１０，２１２セットは、格子セル体２０２によって画定された流通路の形状の理解を容易にするために、分解されたソリッド要素として示されている。第１の流通路２０８セットは、１つまたは複数の第１の相互接続通路２１６に相互接続された第１の分岐流通路セット２１４を含むことができ、第２の流通路２１０セットは、１つまたは複数の第２の相互接続通路２２０によって相互接続された第２の分岐流通路セット２１８を含むことができる。第１および第２の流通路２０８，２１０セットは、図７のものと同様に、互いに直交する相互接続通路２１６，２２０で収束および分岐する分岐流通路セット２１４，２１８によって画定され、互いに絡み合っている双曲線形状を有することができる。
【００４５】
格子セル体２０２の第１の部分２０４は、格子セル体２０２の第２の部分２０６から間隔を置いて配置され、第１の部分２０４と第２の部分２０６との間に第３の流通路２１２セットを画定する。第３の流通路２１２は、絡み合った第１および第２の流通路２０８，２１０セットによって画定される熱交換器２００全体にわたって形成される。第３の流通路２１２は、効果的には２つの伝熱面を有し、多環状管に相当するが、本例では格子状または準格子状の形状で実装される。さらに、第３の流通路２１２は、壁面間の距離が一定であってもよいし、可変の距離が想定されてもよい。また、壁面は、図１３のものと同様に、平行である必要はなく、表面増強機構を含んでもよい。最後に、第１および第２の流通路２０８，２１０は、第１の流体の流れを提供する一方、第３の流通路は第２の流体を提供し得るが、３つの通路のすべてが熱交換器の有効性を最大にするために異なる流体を提供することが企図される。これらは、２つ以上の部分を含む任意の格子に適用することができ、複数の流路で同じ流体を使用することができるので、熱交換器に供給される固有の流体の数によって制限されるべきではない。
【００４６】
図１８を参照すると、第１の流通路２０８セット、第２の流通路２１０セット、および第３の流通路２１２セットは、相互に絡み合って示され、明瞭化のために格子セル体２０２が除去されている。第１および第２の流通路２０８，２１０は、互いに同じ容積を占めて同様であることができる。第３の流通路２１２セットは、第１および第２の流通路２０８，２１０セットに対して増加した容積を有することができ、３つの通路のアスペクト比は、それぞれ第１、第２、および第３の流通路２０８，２１０，２１２セットに対して１：１：２である。ただし、第１、第２、および第３の流通路２０８，２１０，２１２セットのそれぞれのサイズは、熱交換器２００の特定の必要性に基づいて変更され得ることを理解されたい。代替の一例では、第１、第２、および第３の流通路２０８，２１０，２１２セットのアスペクト比を、１：１：１にすることができる。さらに、格子セル体２０２の第１の部分２０４は、格子セル体２０２の第２の部分２０６から分離されて、第３の流通路２１２を画定する一方、任意のアスペクト比を画定する任意のサイズが企図されることを理解されたい。
【００４７】
図１９を参照すると、頂部２２２、底部２２４、および側部２２６で囲まれている熱交換器２００が示されている。第１の流れ方向２２８を、第１および第２の流通路２０８，２１０セットを通して画定することができ、第２の流れ方向２３０を、第１の流れ方向２２８に対向する第３の流通路２１２セットを通して画定することができ、熱交換器２００を通して逆流が画定されるようにする。逆流構成を有するものとして図示されているが、熱交換器２００の構造、格子セル体２０２、または流通路５８，７８セットの構成は、流路を任意の方向に画定することができ、頂部２２２、底部２２４、または側部２２６を有するか、または図示の流れとは異なる方向に流れを画定するための任意の構成内にそれが欠如している。あるいは、第２の流れ方向は、第１の流れ方向に直交する方向であり得、その結果、熱交換器２００を通って交差流が画定される。さらに別の例では、第１の流通路２０８セットを通る流れは、第２の流通路２１０を通る流れとは反対の方向であり得るが、第３の流通路２１２を通る流れは、第１および第２の通路２０８，２１０を通る両方の流れと直交することができる。したがって、熱交換器を通る流れを効果的に提供し、熱交換器を作動させるために複数の流れ方向の構成が可能であることを理解されたい。対向する方向に複数の流れを有することにより、熱交換器２００内の熱伝達係数を改善または調整することができることをさらに理解されたい。
【００４８】
ここで図２０を参照すると、第１の部分２４４を含む格子セル体２４２を含む別の例示的な熱交換器２４０が示されている。格子セル体２４２の第１の部分２４４は、図７のものと実質的に同様の、第１の流通路セット２４６および第２の流通路セット２４８を画定することができ、その双曲線形状および絡み合った構成は、格子セル体２４２の第１の部分２４４によって画定される。第１の流通路セット２４６および第２の流通路セット２４８は、第１および第２の流通路セット２４６，２４８の幾何学的形状の理解を容易にするために、分解されたソリッド要素として示されている。
【００４９】
第２の部分２７０および第３の部分２７２を、格子セル体２４２の第１の部分２４４によって画定される第１および第２の流通路２４６，２４８に設けることができる。第２の部分２７０を、第１の流通路２４６に設けることができ、第３の部分２７２を、第２の流通路２４８に設けることができる。第１のキャビティ２７４および第２のキャビティ２７６は、第２および第３の部分２７０，２７２によって画定されて、それぞれ第３の流通路セット２７８および第４の流通路セット２８０を画定する。第３および第４の流通路２７８，２８０はまた、第３および第４の流通路２７８，２８０の幾何学的形状の理解を容易にするために、分解されたソリッド要素として示されている。第３の流通路２７８は、第３の相互接続通路２８４に収束し、収束する第３の分岐流通路セット２８２に直交する別の分岐流通路セット２８２に分岐する１つまたは複数の第３の分岐流通路セット２８２を含むことができる。同様に、第４の流通路２８０は、第４の相互接続通路２８８に収束し、次いで収束する第４の分岐流通路セット２８６に直交する別の第４の分岐流通路セット２８６に分岐する１つまたは複数の第４の分岐流通路セット２８６を含み、第４の流通路２８０の双曲線形状を画定することができる。第３および第４の流通路セット２７８，２８０は、第１および第２の流通路セット２４６，２４８の構成を介して互いに絡み合っている。第１、第２、第３、および第４の流通路セット２４６，２４８，２７８，２８０は、格子セル体２４２の第１、第２、および第３の部分２４４，２７０，２７２によって互いに流体的に隔離されていることを理解されたい。
【００５０】
図２１を参照すると、相互接続された流通路をよりよく説明するために、格子セル体２４２が除去された複合熱交換器２４０が示されている。第１の流通路セット２４６は、第２の流通路セット２４８と絡み合っている。第３の流通路セット２７８は、第１の流通路セット２４６内に設けられ、第４の流通路セット２８０は、第２の流通路セット２４８内に設けられる。第３および第４の流通路セット２７８，２８０の幾何学的形状は、第１および第２の流通路セット２４６，２４８と相補的であり、第３および第４の流通路セット２７８，２８０は、それぞれ別の流通路と交差することなく、第１および第２の流通路セット２４６，２４８の内部を流れる。
【００５１】
ここで図２２を参照すると、頂部２９０、底部２９２、および側部２９４で囲まれた熱交換器２４０が示されている。第１の流れ方向２９６は、第１の流通路セット２４６および第４の流通路セット２８０を通って画定され、互いに実質的に平行であってもよい。第２の流れ方向２９８は、第２の流通路セット２４８と第３の流通路セット２７８とを通って画定され、互いに実質的に平行であってもよい。そのような構成では、第１および第３の流通路セット２４６，２７８は、互いに逆流を画定することができ、第２および第４の流通路セット２４８，２８０は、互いに逆流を画定することができる。したがって、熱伝達は、第１および第２の流通路セット２４６，２４８のそれぞれを通って提供される２つの逆流セットによって最大化され得る。さらに、第１および第２の流通路セット２４６，２４８を通る流れ方向２９６，２９８は、熱交換器２４０の効率をさらに向上させるために、反対方向に向かう別の逆流となる。
【００５２】
逆流構成を有するものとして示されているが、熱交換器２４０の構造、格子セル体２４２、または流通路セットの構成は、任意の方向に流路を画定することができ、頂部２９０、底部２９２、もしくは側部２９４を有するか、または図示の流れとは異なる流れを画定するための任意の構成内にそれが欠如している。例えば、流れ方向は、互いに直交する方向にあり、交差流を画定することができる。このような例では、第２の流れ方向は、第１の流れ方向２９６に直交する、側部２９４を通る方向にあってもよい。さらに別の例では、流れ方向はすべて互いに同じ方向にあってもよい。さらなる例では、第１、第２、第３、または第４の流通路セット２４６，２４８，２７８，２８０のいずれかが、任意の流れ方向を含むことができ、熱伝達を調整するか、または熱伝達のための流体の流入または流出を容易にするなど、熱交換器２４０内の熱伝達が特定の実施の必要性に応じて調整される。
【００５３】
ここで図２３を参照すると、第１の流通路セット３０４および第２の流通路セット３０６を画定する格子セル体３０２を含む別の代替の熱交換器３００の分解図が示されている。格子セル体３０２によって形成された第１および第２の流通路セット３０４，３０６の幾何学的形状の理解を容易にするために、第１および第２の流通路セット３０４，３０６がソリッド要素として示されている。第１の流通路セット３０４は、第１の相互接続通路３１２に収束する３つのブランチ３１０を含む第１の分岐流通路セット３０８を含む。第１の相互接続通路３１２は、３つのブランチ３１０を有する別の第１の分岐流通路セット３０８に分岐する
同様に、第２の流通路セット３０６は、第２の相互接続通路３２４に収束し、次いで３つのブランチ３２２を有する別の第２の分岐流通路セット３２０に分岐する３つのブランチ３２２を伴う第２の分岐流通路セット３２０を含むことができる。収束する第２の分岐流通路セット３２０を、分岐する第２の分岐流通路セット３２０に対して、６０度回転させることができる。
【００５４】
図２４を参照すると、第１および第２の流通路セット３０４，３０６は互いに絡み合っており、明瞭化のために格子セル体３０２が除去されている。第１の流通路セット３０４の第１の分岐流通路セット３０８は、第２の流通路セット３０６の第２の相互接続通路３２４と整列し、第２の流通路セット３０６の第２の分岐流通路セット３２０は、第１の流通路セット３０４の第１の相互接続通路３１２と整列している。
【００５５】
図２５を参照すると、絡み合った第１および第２の流通路セット３０４，３０６の概略図が、格子セル体３０２によって画定された相互接続構成をよりよく示している。第１の流通路セット３０４は、第１の分岐流通路セット３０８と第１の相互接続通路３１２とを交互に含み、第２の流通路セット３０６は、第２の分岐流通路セット３２０と第２の相互接続通路３２４とを連続して交互に含む。第１の分岐流通路セット３０８は、第２の相互接続通路３２４と整列する。第２の相互接続通路３２４のより小さい容積は、より大きい容積の第１の分岐流通路セット３０８のための空間を提供する。同様に、より小さい容積の第１の相互接続通路３１２は、より大きい容積の第２の分岐流通路セット３２０のための空間を提供する。このタイプの配置は、より大きな通路とより小さい通路の交互の層をもたらす。図示されているように、第１の流通路セット３０４の第２の流通路セット３０６に対するアスペクト比は１：１であり得るが、任意のアスペクト比が考慮される。
【００５６】
さらに、第１および第２の分岐流通路セット３０８，３２０のブランチ３１０，３２２は、別々の第１の相互接続通路３１２に分岐することができることを理解されたい。さらに、各ブランチ３１０，３２２は、図５に記載されたものと同様に、分岐流通路３０８，３２０の収束部と分岐部の両方を形成することができる。図２５は２次元で示されているが、図２４に示すような３次元の格子状または準格子状の構造を形成するために、分岐通路がページの内外に延在することができることを理解されたい。
【００５７】
ここで図２６を参照すると、第１および第２の流通路セット３０４，３０６が、頂部３２６、底部３２８、および側部３３０で囲まれた格子セル体３０２内に示されており、第１の流れ方向３３２は、第１の流通路セット３０４を通って延び、第２の流れ方向３３４は、第１の流れ方向３３２とは反対の方向に第２の流通路セット３０６を通って延び、熱交換器３００を通る逆流を画定する。対向する第１および第２の流れ方向３３２，３３４によって画定される逆流は、熱交換器３００のための改善された熱伝達を提供することができる。逆流構成を有するものとして示されているが、熱交換器３００の構造、格子セル体３０２、または流通路セットの構成は、任意の方向に流路を画定することができ、頂部３２６、底部３２８、もしくは側部３３０を有するか、または図示の流れとは異なる流れを画定するための任意の構成内にそれが欠如している。例えば、第２の流通路セット３０６の格子構造を通る流れ方向は、第１の流通路セット３０４を通る流れ方向と直交する方向であり、交差流を画定することができる。さらに別の代替的な例では、第１および第２の流通路セット３０４，３０６を通る流れ方向は、同じ方向であってもよいし、熱伝達のために流体の流入および流出を提供しながら熱伝達を向上させるのに望ましい方向の任意の組み合わせであってもよい。
【００５８】
ここで図２７を参照すると、格子セル体３５２から分解された第１の流通路セット３５４および第２の流通路セット３５６を備えた格子セル体３５２を有するさらに別の例示的な熱交換器３５０が示されている。第１および第２の流通路セット３５４，３５６は、第１および第２の流通路セット３５４，３５６の幾何学的形状の理解を容易にするために、ソリッド要素として示されている。第１の流通路セット３５４は、第１の相互接続通路３６２に収束し、別の第１の分岐流通路セット３５８に分岐する３つのブランチ３６０を含む第１の分岐流通路セット３５８を含むことができる。分岐する第１の分岐流通路セット３５８を、収束する第１の分岐流通路セット３５８に対して６０度回転させることができ、第１の相互接続通路３６２を通って３方向の双曲線形状が形成される。
【００５９】
同様に、第２の流通路セット３５６は、第２の相互接続通路３６８に収束し、次いで別の第２の分岐流通路セット３６４に分岐する３つのブランチ３６６を有する１つまたは複数の第２の分岐流通路セット３６４を含むことができ、３つのブランチ３６６は収束する第２の分岐流通路セット３６４に対して６０度回転されている。
【００６０】
ここで図２８を参照すると、第１および第２の流通路セット３５４，３５６が組み合わされ、明瞭化のために格子セル体３５２が除去されている。第１および第２の流通路セット３５４，３５６は、図２４のものと同様に絡み合っており、第１の分岐流通路セット３５８は第２の相互接続通路３６８と整列し、第２の分岐流通路セット３６４は第１の相互接続通路３６２と整列する。
【００６１】
ここで図２９を参照すると、熱交換器３５０は、頂部３７０、底部３７２、および側部３７４で囲まれて示されている。第１の流れ方向３７６を、第１の流通路セット３５４を通して画定することができ、第２の流れ方向３７８を、第１の流れ方向３７６とは反対の方向に第２の流通路セット３５６を通して画定することができ、熱交換器３５０を通る逆流を画定する。逆流構成を有するものとして示されているが、熱交換器３５０の構造、格子セル体３５２、または流通路セットの構成は、任意の方向に流路を画定することができ、頂部３７０、底部３７２、もしくは側部３７４を有するか、または図示の流れとは異なる流れを画定するための任意の構成内にそれが欠如している。例えば、流れ方向を、第１の流れ方向に対して交差流を提供するために側部３７４を通して画定することができる。さらに別の例では、流れ方向は、同じ方向であってもよいし、熱交換器の要求される性能にとって望ましいように、または熱交換器での流体の流入および流出を容易にするために、互いに対して任意の方向もしくは向きであってもよい。
【００６２】
本明細書で説明される熱交換器は、改善された熱伝達係数および改善された熱交換器効率を提供することを理解されたい。分岐流通路セットを有する流通路セットの双曲線形状により、通路が回転、収束、または分岐することを要求する前に、長さ対直径の比が非常に小さい。この小さな比は、流通路セットに沿った圧力降下を最小にする。さらに、鞍点を有する双曲線形状は、圧力損失を最小限に抑えながら、そのような表面に沿う熱伝達を改善するために突然の方向の変化とは対照的に、漸進的な流れ方向の変化を提供する。さらに、熱交換器の格子状または準格子状の幾何学的構造は、第１および第２の流通路セットの対向する流路を絡み合った構成と完全に混合することによって不均衡の影響を最小限に抑える。同様に、双曲線の分岐した第１および第２の流通路セットの非線形の複雑な幾何学的形状は、熱交換器の合計サイズを最小にしながら、熱交換器の有効長を５０％以上増加させる。増加した有効長は、最小限の合計サイズ内での改善された熱伝達を提供する。さらに、双曲線状、分岐状、および絡み合った幾何学的形状は、第１および第２の流通路セットに沿ってより大きな熱伝達係数を提供する。したがって、圧力損失を最小限にし、熱交換器のサイズを最小限にし、熱交換器内の熱伝達係数を改善しながら、熱交換器の効率が改善される。
【００６３】
記載されるような熱交換器は、非限定的な例において直接金属レーザ溶融または直接金属レーザ焼結を含む３Ｄ印刷のような、熱交換器を付加的に製造することによる改善された製造可能性をさらに提供する。ブロック構造は、熱交換器の特定の必要性を満たすために、任意のサイズまたは向きへの付加的な製造によって、迅速かつ正確に製造され得る。同様に、通路の非水平方向の向きにより、製造中の効果的な粉末排出を提供することができる。
【００６４】
本明細書に記載の熱交換器は、改善された熱交換器強度および構造的一体性をさらに提供する。格子状または準格子状の構造は、熱交換器内の強度を向上させる。
【００６５】
熱交換器は、特定の構成において２つのブランチまたは３つのブランチのいずれかを伴う分岐流通路セットを有するものとして示されているが、熱交換器が、２つのブランチおよび３つのブランチを伴う分岐流通路を有する第１および第２の流通路セットを有することができることがさらに企図されることを理解されたい。このような例では、格子セル体は、第１および第２の流通路セットが互いに絡み合って構成され、格子状または準格子状の構造を形成することができる。さらに、分岐流通路は、２つ以上の任意の数のブランチを伴うことができ、そのような流通路の構成は、格子セル体によって画定され、互いに絡み合っていてもよいことを理解されたい。そのような１つの非限定的な例では、熱交換器は、４つのブランチを伴う分岐流通路を有する第１の流通路セットと、第１の流通路セット内に絡み合う２つのブランチを伴う分岐流通路を有する第２の流通路セットとを有することができる。
【００６６】
本明細書に記載の熱交換器のいずれかとすることができる熱交換器を形成する方法が、格子セル体を形成するステップを含むことができ、格子セル体は、第１の分岐流通路セットを含み、第１の分岐流通路セットは、双曲線形状を画定する第１の相互接続通路に収束し、別の第１の分岐流通路セットに分岐し、格子セル体は、第２の分岐流通路セットを含み、第２の分岐流通路セットは、双曲線形状を画定する第２の相互接続通路に収束し、別の第２の分岐流通路セットに分岐する。第１の分岐流通路の少なくとも一部は、第２の分岐流通路の少なくとも一部と絡み合っている。
【００６７】
第１の分岐流通路セットおよび第２の分岐流通路セットは、本明細書に記載されるような２つ以上のブランチを伴う任意の分岐流通路であってもよく、本明細書に記載されるような第１の相互接続通路に収束し、次いで別の第１の分岐流通路セットに分岐することができる。１つの非限定的な例では、第１の相互接続通路から分岐する第１の分岐流通路セットは、収束する分岐流通路セットによって画定される平面に直交する平面を画定することができる。同様に、第２の分岐流通路セットは、第２の相互接続通路に収束し、別の第２の分岐流通路セットに分岐することができる。分岐する第２の分岐流通路セットは、収束する第２の分岐流通路セットによって画定される平面に直交する平面を画定することができる。第２の分岐流通路セットは、本明細書に記載されるような絡み合った第１および第２の通路セットと同様の方法で、第１の分岐流通路セットと絡み合うことができる。熱交換器を形成するステップは、３Ｄ印刷のような付加的な製造によって形成するステップをさらに含むことができる。そのような付加的な製造または３Ｄ印刷の非限定的な例は、直接金属レーザ溶融または直接金属レーザ焼結を含むことができる。
【００６８】
本明細書は、本明細書に記載の本開示の態様を説明するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示の態様を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の態様の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【００６９】
既に説明していない限りにおいて、種々の実施形態の異なる特徴および構造を、所望に応じて互いに組み合わせて使用することができる。或る特徴が、必ずしもすべての実施形態には示されないかもしれないが、それは説明を簡潔にするためであり、存在しなくてもよいとの解釈を意味しない。したがって、異なる実施形態の種々の特徴を所望の通りに混合または結合して新たな実施形態を形成することが、そのような新たな実施形態が明示的に説明されているか否かにかかわらず可能である。本明細書に記載の特徴のすべての組み合わせまたは置換は、本開示によって包括される。
［実施態様１］
第１の流体入口（３０）を画定する第１のマニホールド（２６）と、
第２の流体入口（３２）を画定する第２のマニホールド（２８）と、
格子セル体（４４）と、
を備えた、熱交換器（１４）であって、前記格子セル体（４４）は、
前記第１のマニホールド（２６）と流体連通する第１の流通路（５８）セットであって、前記第１の流通路（５８）セットは、前記第１の流体入口（３０）から延びる第１の分岐流通路セット（６２）を含み、前記第１の分岐流通路セット（６２）は、双曲線形状を形成する第１の相互接続通路（７０）に収束し、別の第１の分岐流通路セット（６２）に分岐する、第１の流通路（５８）セットと、
前記第２のマニホールド（２８）と流体連通する第２の流通路（７８）セットであって、前記第２の流通路（７８）セットは、前記第２の流体入口（３２）から延びる第２の分岐流通路セット（８０）を含み、前記第２の分岐流通路セット（８０）は、双曲線形状を形成する第２の相互接続通路（８２）に収束し、別の第２の分岐流通路セット（８０）に分岐する、第２の流通路（７８）セットと、
を有し、
前記第１の分岐流通路の少なくとも一部は、前記第２の分岐流通路の少なくとも一部と絡み合っている、
熱交換器（１４）。
［実施態様２］
前記第１の流通路（５８）セットまたは前記第２の流通路（７８）セットの少なくとも一方が、円形の断面を有する、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様３］
前記第１の流通路（５８）セットまたは前記第２の流通路（７８）セットの少なくとも一方が、流れ増大構造を有する、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様４］
前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、実質的に同じサイズの通路を含んで１：１のアスペクト比を形成する、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様５］
前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、異なるサイズの通路を含んで１：２のアスペクト比を形成する、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様６］
前記格子セル体（４４）内の前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、逆流または交差流の一方に向いている、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様７］
前記格子セル体（４４）が、前記第１の流通路（５８）セットを画定する第１の部分と、前記第２の流通路（７８）セットを画定する第２の部分とを含み、前記第１の部分および前記第２の部分は、第３の流通路セットを画定するように離間されている、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様８］
前記格子セル体（４４）が、前記第１および第２の流通路（５８，７８）セットを画定する第１の部分を含み、前記格子セル体（４４）は、前記第１の流通路（５８）セット内に配置されて第３の流通路セットを画定する第２の部分をさらに含み、前記格子セル体（４４）は、前記第２の流通路（７８）セット内に配置されて第４の流通路セットを画定する第３の部分をさらに含む、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様９］
前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路（７８）セットと絡み合った各合流点に２つの入口と２つの出口を有する、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１０］
前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路セットとの第１の絡み合った合流点に１つの入口と３つの出口を有し、前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路（７８）セットとの第２の絡み合った合流点に３つの入口と１つの出口を有する、実施態様１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１１］
熱交換器（１４）が本体を備え、前記本体は、
第１の流体入口（３０）と流体連通する第１の双曲線状の流通路セットであって、前記第１の双曲線状の流通路セットは複数の鞍点を含む第１の分岐流通路セット（６２）を含み、前記鞍点で、前記第１の分岐流通路セット（６２）のうちの２つが、１つの平面に沿って漸近的に収束し、次いで、直交平面上で漸近的に分岐する、第１の双曲線状の流通路セットと、第２の流体入口（３２）と流体連通する第２の双曲線状の流通路セットであって、前記第２の双曲線状の流通路セットは複数の鞍点を含む第２の分岐流通路セット（８０）を含み、前記鞍点で、前記第２の分岐流通路セット（８０）のうちの２つが、１つの平面に沿って漸近的に収束し、次いで、直交平面上で漸近的に分岐する、第２の双曲線状の流通路セットと、を含み、前記第１の分岐流通路の少なくとも一部と前記第２の分岐流通路セット（８０）の少なくとも一部とが絡み合っている、
熱交換器（１４）。
［実施態様１２］
前記本体が格子セル体（４４）である、実施態様１１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１３］
前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、実質的に同じサイズの通路を含んで１：１のアスペクト比を形成する、実施態様１１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１４］
前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、異なるサイズの通路を含んで１：２のアスペクト比を形成する、実施態様１１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１５］
前記格子セル体（４４）内の前記第１の流通路（５８）セットおよび前記第２の流通路（７８）セットが、逆流または交差流の一方に向いている、実施態様１１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１６］
前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路（７８）セットと絡み合った各合流点に２つの入口と２つの出口を有する、実施態様１１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１７］
前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路（７８）セットとの第１の絡み合った合流点に１つの入口と３つの出口を有し、前記第１の流通路（５８）セットが、前記第２の流通路（７８）セットとの第２の絡み合った合流点に３つの入口と１つの出口を有する、実施態様１１に記載の熱交換器（１４）。
［実施態様１８］
熱交換器（１４）を形成する方法が、
格子セル体（４４）を形成するステップであって、前記格子セル体（４４）は、第１の分岐流通路セット（６２）を含み、前記第１の分岐流通路セット（６２）は、双曲線形状を画定する第１の相互接続通路（７０）に収束し、別の第１の分岐流通路セット（６２）に分岐し、前記格子セル体（４４）は、第２の分岐流通路セット（８０）を含み、前記第２の分岐流通路セット（８０）は、双曲線形状を画定する第２の相互接続通路（８２）に収束し、別の第２の分岐流通路セット（８０）に分岐する、ステップ
を含み、
前記第１の分岐流通路の少なくとも一部は、前記第２の分岐流通路の少なくとも一部と絡み合っている、
方法。
［実施態様１９］
前記形成するステップが、付加的な製造を含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記付加的な製造が、直接金属レーザ溶融または直接金属レーザ焼結を含む、実施態様１８に記載の方法。
【符号の説明】
【００７０】
１０  航空機
１２  アビオニクスシャーシアセンブリ
１４  熱交換器
１６  ハウジング
１８  壁
２０  内部
２２  タブ
２４  マウント開口
２６  マニホールド
２８  マニホールド
３０  流体入口
３２  流体入口
３４  マニホールド
３６  マニホールド
３８  流体出口
４０  流体出口
４２  入口開口部
４４  格子セル体
４６  入口
４８  流通路
５０  外壁
５６  ブランチ
５８  流通路
５８  流通路セット
６０  双曲線形状
６２  分岐流通路セット
６４  平面
６６  矢印
６７  矢印
６８  平面
７０  相互接続通路
７２  鞍点
７４  線
７６  長手方向軸線
７８  流通路
８０  分岐流通路セット
８２  相互接続通路
８４  ブランチ
９０  部分
９２  開口部
９４  キャビティセット
９６  キャビティセット
１００  頂部
１０２  底部
１０４  側部
１０６  端部
１０８  端部
１１０  入口
１１２  出口
１１４  第１の流れ方向
１１６  第２の流れ方向
１１８  第３の流れ方向
１３０  熱交換器
１３２  格子セル体
１３４  第１の流通路
１３６  第２の流通路
１３８  流れ増大構造
１５０  熱交換器
１５２  格子セル体
１５４  第１の流通路
１５６  第２の流通路
１５８  第１のキャビティ
１６０  第２のキャビティ
１６２  第１の分岐流通路
１６４  第１の相互接続通路
１６６  第２の分岐流通路
１６８  第２の相互接続通路
１７０  頂部
１７２  底部
１７４  側部
１７６  第１の流れ方向
１７８  第２の流れ方向
２００  熱交換器
２０２  格子セル体
２０４  第１の部分
２０６  第２の部分
２０８  第１の流通路
２１０  第２の流通路
２１２  第３の流通路
２１４  第１の分岐流通路セット
２１６  第１の相互接続通路
２１８  第２の分岐流通路セット
２２０  第２の相互接続通路
２２２  頂部
２２４  底部
２２６  側部
２２８  第１の流れ方向
２３０  第２の流れ方向
２４０  熱交換器
２４２  格子セル体
２４４  第１の部分
２４６  第１の流通路セット
２４８  第２の流通路セット
２５０  第１の分岐流通路セット
２５２  第１の相互接続通路
２５４  第２の分岐流通路セット
２５６  第２の相互接続通路
２７０  第２の部分
２７２  第３の部分
２７４  第１のキャビティ
２７６  第２のキャビティ
２７８  第３の流通路セット
２８０  第４流通路セット
２８２  第３分岐流通路セット
２８４  第３の相互接続通路
２８６  第４の分岐流通路セット
２８８  第４の相互接続通路
２９０  頂部
２９２  底部
２９４  側部
２９６  第１の流れ方向
２９８  第２の流れ方向
３００  熱交換器
３０２  格子セル体
３０４  第１の流通路セット
３０６  第２の流通路セット
３０８  第１の分岐流通路セット
３１０  ブランチ
３１２  第１の相互接続通路
３２０  第２の分岐流通路セット
３２２  ブランチ
３２４  第２の相互接続通路
３２６  頂部
３２８  底部
３３０  側部
３３２  第１の方向
３３４  第２の方向
３５０  熱交換器
３５２  格子セル体
３５４  第１の流通路セット
３５６  第２の流通路セット
３５８  第１の分岐流通路セット
３６０  ブランチ
３６２  第１の相互接続通路
３６４  第２の分岐流通路セット
３６６  ブランチ
３６８  第２の相互接続通路
３７０  頂部
３７２  底部
３７４  側部
３７６  第１の流れ方向
３７８  第２の流れ方向
【図１】
2018185134.tif 000003
【図２】
2018185134.tif 000004
【図３】
2018185134.tif 000005
【図４】
2018185134.tif 000006
【図５】
2018185134.tif 000007
【図６】
2018185134.tif 000008
【図７】
2018185134.tif 000009
【図８】
2018185134.tif 000010
【図９】
2018185134.tif 000011
【図１０】
2018185134.tif 000012
【図１１】
2018185134.tif 000013
【図１２】
2018185134.tif 000014
【図１３】
2018185134.tif 000015
【図１４】
2018185134.tif 000016
【図１５】
2018185134.tif 000017
【図１６】
2018185134.tif 000018
【図１７】
2018185134.tif 000019
【図１８】
2018185134.tif 000020
【図１９】
2018185134.tif 000021
【図２０】
2018185134.tif 000022
【図２１】
2018185134.tif 000023
【図２２】
2018185134.tif 000024
【図２３】
2018185134.tif 000025
【図２４】
2018185134.tif 000026
【図２５】
2018185134.tif 000027
【図２６】
2018185134.tif 000028
【図２７】
2018185134.tif 000029
【図２８】
2018185134.tif 000030
【図２９】
2018185134.tif 000031
【外国語明細書】
2018185134000001.pdf