(57)【要約】【課題】一体型モノリシック本体を含む航空機エンジン用の冷却器を提供する。【解決手段】表面冷却器または熱交換器（５０）は、一体型モノリシック本体（６８）を含むことができる。一体型モノリシック本体（６８）は、一組の流路（８２）と、入口（７８）および出口（７９）を有する少なくとも１つのマニホールド接続部（７４、７６）と、一組の流路（８２）の少なくとも一部を流体結合する一組の戻りマニホールド（８８）と、一組のフィン（９０）とを含む。モノリシック本体（６８）は、熱交換器（５０）の形成中に規定される異なる局所的な材料特性を有することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機エンジン用の冷却器であって、
モノリシック本体（６８）内に一組の流路（８２）と、入口（７８）および出口（７９）を有するマニホールド接続部（７４，７６）と、前記一組の流路（８２）の少なくとも一部を流体結合する一組の戻りマニホールド（８８）と、一組のフィン（９０）とを含む前記一体型モノリシック本体（６８）
を含む冷却器（５０）。
【請求項２】
前記一体型モノリシック本体（６８）は、表面空冷式オイル冷却器を含む、請求項１に記載の冷却器（５０）。
【請求項３】
前記一体型モノリシック本体（６８）は、加熱された流体から前記航空機エンジンのバイパスダクトを通って流れる空気に熱を伝達するように構成されている、請求項２に記載の冷却器（５０）。
【請求項４】
前記冷却器（５０）を前記航空機エンジンに取り付けるように構成された取り付けブラケット（１９０）をさらに含む、請求項３に記載の冷却器（５０）。
【請求項５】
前記一体型モノリシック本体（６８）は、異なる材料特性を有するゾーンを含む、請求項２に記載の冷却器（５０）。
【請求項６】
前記一組の流路（８２）に隣接する前記一体型モノリシック本体（６８）の一部分（１８０）は、前記モノリシック本体（６８）の第２の部分（１８２）と比較して増加した熱伝導率を有する、請求項５に記載の冷却器（５０）。
【請求項７】
前記一組の戻りマニホールド（８８）は、前記一組の流路（８２）に隣接する前記一体型モノリシック本体（６８）の前記一部分と比較して増加した引張強度を有する、請求項６に記載の冷却器（５０）。
【請求項８】
前記一組の流路（８２）のうちの少なくとも１つの流路は、熱増強構造を含む、請求項１に記載の冷却器（５０）。
【請求項９】
前記熱増強構造は、前記少なくとも１つの流路の長さの少なくとも一部分に沿って延在するリブ（１４６）を含む、請求項８に記載の冷却器（５０）。
【請求項１０】
前記一組のフィン（９０）のうちの少なくとも１つのフィン（９０）は、ルーバー（９４）またはシュラウド（９２）の少なくとも一方を有する本体を含む、請求項９に記載の冷却器（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機において使用される現代のエンジンは、相当量の熱を発生させ、それらの熱を、何らかのやり方でエンジンから運び去らなければならない。熱交換器が、そのようなエンジンから熱を運び去る方法を提供する。例えば、熱交換器を、エンジンの一部分の周りのリングに配置することができる。
【０００３】
オイルを、エンジンの軸受、発電機などのエンジン部品からの放熱に使用することができる。空冷式オイル冷却器、より詳細には表面空冷式オイル冷却器システムによって、オイルから空気へと熱を対流によって運び、オイルの温度を約１００°Ｆ〜３００°Ｆの所望の範囲に保つことができる。多くの場合、環境は−６５°Ｆまで下がる場合がある。最も大きな温度差をオイルの冷却に利用するために、オイルを環境との対流接触が最大となるように取り付けられた熱交換器に導くことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３７７３５０号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、本開示は、本体内に一組の流路を有する一体型モノリシック本体を含む航空機エンジン用の冷却器に関する。冷却器は、入口および出口を有するマニホールド接続部を含み、一組の流路のうちの少なくとも一部を流体結合する一組の戻りマニホールドを含む。冷却器には一組のフィンが含まれる。一体型モノリシック本体は、航空機エンジンに使用するように構成されている。
【０００６】
別の態様では、本開示は、熱交換器を形成する方法に関する。本方法は、一組のステレオリソグラフィ部品をベースプレートに結合するステップを含み、一組のステレオリソグラフィ部品は、一組の戻りマニホールドおよび一組の流路チャネル構造を含む。本方法は、ベースプレートの露出面および一組のステレオリソグラフィ部品の外面の上に金属層を電鋳するステップをさらに含む。本方法は、少なくとも一部が一組の戻りマニホールドを介して流体結合された一組の流路を備える一体型モノリシック本体を有する熱交換器を画定するために、一組のステレオリソグラフィ部品を除去するステップをさらに含む。
【０００７】
さらに別の態様では、本開示は、一体型モノリシック本体を含む熱交換器に関する。一体型モノリシック本体は、本体内に一組の流路を含み、一組の流路のうちの少なくとも１つの流路は、熱増強構造と、入口および出口を有するマニホールド接続部と、一組の流路の少なくとも一部を流体結合する一組の戻りマニホールドと、一組のフィンとを含む。
【０００８】
図面の説明は以下の通りである。
【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熱交換器が取り付けられたケーシングを有するタービンエンジンアセンブリの概略図である。
【図２】本明細書に記載の様々な態様による図１のタービンエンジンアセンブリに含まれ得る熱交換器の斜視図である。
【図３】図２の熱交換器の分解図である。
【図４】本明細書に記載の様々な態様による熱交換器に設けられた流路の内部に設けられた熱増強構造を示す、図２の断面ＩＶ−ＩＶに沿った図２の熱交換器の断面図である。
【図５】一組のフィンを示す、図２の熱交換器の底部の斜視図である。
【図６】本明細書に記載の様々な態様による、ルーバーを有し、シュラウドによって相互接続された図５の２つのフィンの斜視図である。
【図７】本明細書に記載の様々な態様による、熱交換器を通る流路を示し、熱交換器を異なる材料特性を有するゾーンに分離する、図２の熱交換器の斜視図である。
【図８】図２の熱交換器の斜視図であり、熱交換器を取り付けるための熱交換器の両側の周囲に２つのマウントブラケットが展開されている。
【図９】図２の熱交換器を形成するために使用される機械加工された要素に取り付けられた犠牲モールドの斜視図である。
【図１０】本明細書に記載の様々な態様による、図２および図４の熱増強構造を有する流路を形成するのに利用される一組の溝を有する１つのロッドの斜視図である。
【図１１】図２の熱交換器を形成する方法を示すフローチャートである。
【図１２】本明細書に記載の様々な態様による、複数のカソードを利用する図２の熱交換器の形態の部品を電鋳するための例示的な浴槽の斜視図である。
【図１３】図１１の方法で利用されるベースプレートの概略断面図である。
【図１４】ベースプレートに結合された犠牲モールド型を有する図１３のベースプレートの概略断面図である。
【図１５】ベースプレートの上に電鋳された金属層とモノリシック本体を形成するための犠牲モールド型とを含む、図１４のベースプレートおよび犠牲モールド型の概略断面図である。
【図１６】犠牲モールド型を取り除いた図１５のモノリシック本体の概略断面図である。
【図１７】図１６の部品を形成するためのパルス電流を示すプロットグラフである。
【図１８】図１６の部品を形成するための逆パルス電流を示すプロットグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で開示される実施形態は、熱交換器に関し、より詳細には、熱交換器内の高温流体を冷却するために１つまたは複数のフィンに沿って流れる冷却流を利用する対流冷却式熱交換器に関する。熱交換器は、空気の流れが冷却された流れを提供することができる航空機エンジンなどのエンジンのケーシングに沿って取り付けることができる。典型的な熱交換器は、効率的な冷却を提供するために使用可能である。さらに、本明細書において使用される、「熱交換器」という用語は、「冷却器」または「表面冷却器」という用語と互換的に使用することが可能である。さらに、本明細書で説明される熱交換器は、部品のための例示的なモノリシック本体を示す。モノリシック本体は、熱交換器として例示的な形態で示されており、多種多様な構成要素を包含することができることを理解されたい。本明細書で使用されているように、熱交換器は、限定はしないが、ターボジェット、ターボファン、ターボ推進エンジン、航空機エンジン、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、および水力タービンなどの様々なタイプの用途に適用可能である。本明細書で使用する「組」は、１つだけを含む任意の数の要素を含むことができる。本明細書で使用される「一体型モノリシック本体」または「モノリシック本体」は、単一の分離不能なピースである単一体を意味する。
【００１１】
伝統的な熱交換器および熱交換器アセンブリは複雑であり、複数の相互接続された部品を含むことができる。このような熱交換器は、高価かつ労働集約的なものとなり得る一方で、かなりのメンテナンスを必要とする。同様に、現在の熱交換器は、熱伝達面での熱伝達を最適化するようには適合していないか、または熱伝達面から離間した領域での強度を最適化するようには適合していない。
【００１２】
さらに、本明細書で開示される実施形態は、異なる材料特性を有する異なるゾーンに分離されたモノリシック本体を有する部品に関する。記載される部品は、タービンエンジン用の熱交換器に関するものであるが、部品はそれに限定されず、特に異なる材料特性を有するモノリシック部品が望ましい場合には、異なるシステム、実施または用途のための部品であってもよい。
【００１３】
熱交換器の態様は改善された設計を有し、熱伝達を改善するとともに、局所的な望ましい領域での熱伝達を改善し、他の局所的な望ましい領域における強度を向上させるように熱交換器を調整する。熱交換器は、航空機エンジンのオイル冷却システムにおいて使用されるように構成することができるため、図１は、本発明の実施形態を使用することができる環境の簡単な説明を提供する。より具体的には、図１は、エンジン中心線１２を定める長手方向軸を有する典型的なタービンエンジンアセンブリ１０を示している。タービンエンジン１６、ファンアセンブリ１８、およびナセル２０が、タービンエンジンアセンブリ１０に含まれ得る。タービンエンジン１６は、圧縮機２４を有するエンジンコア２２と、燃焼部２６と、タービン２８と、排気部３０とを含むことができる。内側カウル３２は、エンジンコア２２を半径方向に取り囲む。
【００１４】
ナセル２０の各部分は、分かり易くするために切り取られている。ナセル２０は、内側カウル３２を含むタービンエンジン１６を取り囲む。このようにして、ナセル２０は、内側カウル３２を半径方向に取り囲む外側カウル３４を形成する。外側カウル３４は、内側カウル３２と外側カウル３４との間に環状流路３６を形成するように、内側カウル３２から離間して配置される。環状流路３６は、ノズルおよびほぼ前方から後方へのバイパス空気流経路を特徴付け、形成し、あるいは画定する。環状の前方ケーシング４０と後方ケーシング４２とを有するファンケーシングアセンブリ３８が、ナセル２０によって形成される外側カウル３４の一部分を形成でき、あるいは支柱（図示せず）を介してナセル２０の一部分から吊り下げられてもよい。
【００１５】
動作時に、空気はファンアセンブリ１８を通って流れ、空気流の第１の部分４４が圧縮機２４を通って導かれ、圧縮機２４において空気流はさらに圧縮され、燃焼部２６へ供給される。燃焼部２６からの高温燃焼生成物（図示せず）が、タービン２８を駆動してエンジン推力を生成するために利用される。環状流路３６は、ファンアセンブリ１８から排出された空気流の第２の部分４６をエンジンコア２２の周囲へとバイパスさせるために利用される。
【００１６】
タービンエンジンアセンブリ１０は、独特の熱管理上の問題を引き起こす可能性があり、熱交換器アセンブリ５０をタービンエンジンアセンブリ１０に取り付けることにより、ファンアセンブリ１８から排出される空気流の第２の部分４６を介した対流熱伝達による熱の散逸を助けることができる。例示的な実施形態では、熱交換器アセンブリ５０は、外側カウル３４の内側部分を形成する環状周壁５４を有する環状ファンケーシング５２に取り付けられ、それに動作可能に結合することができる。１つの非限定的な例では、ファンケーシング５２に設けられた熱交換器は、表面空冷式オイル冷却器であってもよい。このように、熱交換器５０は、表面空冷式オイル冷却器を通過した加熱された流体から、環状流路３６として形成されたバイパスダクトを通って流れる空気に熱を伝達するように構成することができる。
【００１７】
ファンケーシング５２は、例えば、ファンケーシングアセンブリ３８あるいは前方ケーシング４０または後方ケーシング４２であってよいが、これらに限られるわけではない。ファンケーシング５２が、ファンケーシングアセンブリ３８によって画定される環状ダクトの一部である任意の構造ハードウェアがケーシングによって囲まれるように、任意のケーシング領域であってもよいことを理解されたい。したがって、熱交換器５０を、ケーシングアセンブリ３８によって画定されるダクトに沿った任意の軸方向位置においてファンケーシング５２に結合させることができる。表面冷却器５０は、ファンアセンブリ１８の下流に位置し、ファンケーシング５２の後方部分に取り付けられるものとして示されているが、熱交換器５０は、代わりに、ファンアセンブリ１８の上流に位置してもよく、あるいは外側カウル３４またはファンケーシング５２に沿った任意の位置にあってもよいと考えられる。またさらに、図示していないが、熱交換器５０は、内側カウル３２に隣接して位置してもよい。このように、熱交換器５０は、環状流路３６の軸方向長さに沿って任意の場所に配置可能であることが理解されよう。
【００１８】
図２には、入口導管６４および出口導管６６を収容するハウジング６２を有するマニホールド６０を含む熱交換器５０が示されている。一体型モノリシック本体６８は、熱交換器５０に含めることができ、第１の表面７０および第２の表面７２を画定する。モノリシック本体６８は、航空機エンジンでの使用のために構成することができ、あるいは任意の適切な熱交換器の実施で利用することができる。
【００１９】
モノリシック本体６８には、第１のマニホールド接続部７４および第２のマニホールド接続部７６が含まれる。第１のマニホールド接続部７４は、マニホールド６０を入口導管６４でモノリシック本体６８に結合し、第２のマニホールド接続部７６は、モノリシック本体６８を出口導管６６でマニホールド６０に結合する。入口導管６４および出口導管６６は流れ方向を示しているが、第１および第２のマニホールド接続部７４、７６は、モノリシック本体６８への流れを任意の方向に提供するために、任意の構成で設けることができることを理解されたい。さらに、２つの別個のマニホールド接続部７４、７６として図示されているが、単一のマニホールド接続部を含む任意の数が考えられることが理解されよう。
【００２０】
一組の流路８２がモノリシック本体６８に含まれ、このような流路の表面は第１の表面７０の形状を少なくとも部分的に画定することができる。一組の流路８２は、第１のマニホールド接続部７４と位置合わせされた第１の組の流路８４と、第２のマニホールド接続部７６と位置合わせされた第２の組の流路８６と、に分離することができる。第１の組の流路８４と第２の組の流路８６との間でモノリシック本体６８内にチャネル８０を形成することができる。あるいは、モノリシック本体６８は、チャネル８０なしで形成することができると考えられる。
【００２１】
一組の戻りマニホールド８８がモノリシック本体６８に含まれ、第１の組の流路８４を第２の組の流路８６に流体接続するなど、流路８２の少なくともいくつかを流体結合することができる。例示的な熱交換器５０は、３つの戻りマニホールド８８を含む。１つまたは複数を含む任意の数の戻りマニホールドが利用可能であり、マニホールドが任意の適切な形状および数の流体結合を有することができることを理解されたい。
【００２２】
一組のフィン９０をモノリシック本体６８に含めることもできる。一組のフィン９０は、第２の表面７２から延在することができる。１つの非限定的な例では、第２の表面７２は、フィン９０の延長のための均一な表面を提供するために平坦であってもよい。一組のフィン９０は、フィン９０上に設けられた１つまたは複数のシュラウド９２を含むことができる。シュラウド９２は、１つまたは複数の隣接するフィン９０の間で、フィン９０に沿って完全にまたは部分的に延在することができる。そのようなものとして、シュラウド９２の任意の構成が考えられる。１つまたは複数のルーバー９４をフィン９０内に形成することができる。ルーバー９４は、フィン９０の両側から延在することができる。さらに、ルーバー９４をシュラウド９２上に設けられることも考えられる。さらに、非限定的な例では、フィン９０は、ウィングレットまたは螺旋上リブなどのさらなる幾何形状を含むことができると考えられる。
【００２３】
支持マウント９６は、マニホールド６０に動作可能に結合され、モノリシック本体６８に対してマニホールド６０を支持することができる。支持マウント９６は、モノリシック本体６８の一部として形成することができ、またはモノリシック本体６８に結合する別個の要素とすることもできる。
【００２４】
図３の分解図は、熱交換器５０の要素をより良く示している。分解されたアセンブリとして図示しているが、一体型モノリシック本体６８は、第１および第２のマニホールド接続部７４、７６、一組の流路８２、戻りマニホールド８８、ならびにフィン９０を一体型モノリシック要素として含み、モノリシック本体６８の特定の部分の理解を容易にするためにのみ分解されていることを理解されたい。
【００２５】
擬似分解図でより良く示すように、第１のマニホールド接続部７４は、例えば、マニホールド６０の入口導管６４に直接イオン金属堆積によって結合するように適合された入口１００を含む。第２のマニホールド接続部７６の出口１０２は、マニホールド６０の出口導管６６と同様にして結合するように適合される。あるいは、入口１００を第２のマニホールド接続部７６に設けることができ、出口１０２を熱交換器５０を通る流れ方向によって画定される第１のマニホールド接続部７４に設けることができる。第１および第２のマニホールド接続部７４、７６に、一組の流路８２と相補的な一組の開口部１０４を形成して、入口１００および出口１０２を一組の流路８２に流体結合することができる。同様に、戻りマニホールド８８に一組の流路８２と相補的な一組の開口部１０６を設けて、戻りマニホールド８８を流路８２に流体接続することができる。
【００２６】
例示的な例では、戻りマニホールド８８は、第１の戻りマニホールド１１０、第２の戻りマニホールド１１２、および第３の戻りマニホールド１１４に分離することができ、各戻りマニホールド８８は入口端部１１６および出口端部１１８を有する。第１の戻りマニホールド１１０は、実質的に平坦であり得るが、第２の戻りマニホールド１１２は、一組の第１の傾斜部１２０を有することができ、第３の戻りマニホールド１１４は、第１の傾斜部とは反対の方向に延在する一組の第２の傾斜部１２２を有することができる。第１の傾斜部１２０は、第２の戻りマニホールド１１２を第１の戻りマニホールド１１０の上に配置させることができ、第２の傾斜部１２２は、第３の戻りマニホールド１１４を第１の戻りマニホールド１１０の下に配置させることができる。このように、戻りマニホールド８８の必要とされる長手方向範囲は最小限に抑えられ、スペースを節約する。さらに、マニホールドは、ほぼ均一な流れ分布および関連する圧力低下を維持する。図示するように、各入口端部１１６および出口端部１１８は、４つの開口部１０６を含むことができ、開口部１０６の数は、流路８２の数に相補的であると考えられる。１つの代替的な実施例では、モノリシック本体６８は、入口端部１１６および出口端部１１８にそれぞれ６つの開口部を有する２つの戻りマニホールド８８を含むことができる。戻りマニホールド８８の数は、第１の組の流路８４と第２の組の流路８６との間で流体を回転させることに関連する圧力損失を最小にするように適合できることを理解されたい。３つのマニホールド８８を利用することにより、個々の流路を通る流れの均一性がより大きくなり、それはマニホールド８８の長さをほぼ等しく保つことによって達成することができる。維持された流れの均一性は、全ての流路を通ってほぼ等しい流速を維持することにより、流路の流れ、および各流路の関連する対流熱伝達のバランスをとるのに役立つ。同様に、戻りマニホールド８８を複数の部分に分離することにより、戻りマニホールド８８の強度を高めることができる。戻りマニホールド８８の数を変えることは、特定の熱交換器５０の圧力損失、流れ効率、および一体強度の最小化をバランスさせるために使用できることを理解されたい。
【００２７】
さらに、一組の流路８２における流路の数は、熱交換器５０を通る必要な流量に基づいて熱伝達効率を最大にするように、個々の流路８２の容積または断面積とバランスをとることができる。戻りマニホールド８８の数は、一組の流路８２の必要性に合わせて調整することができる。一組の流路８２は、円形の断面プロファイルを有する例示的な円筒形の流路として示されている。円形の断面プロファイルは、流路８２の応力効率を輪形にするのに好ましい。円筒形のチューブは、応力を分散させ、壁の厚さを薄くして全体の部品の重量を最小限に抑えるのに最も効果的である。あるいは、任意の断面形状または断面積が考えられる。このような断面形状または断面積は、一組の流路８２を通過する流体からの熱伝達を最大にするように適合させることができる。そのようなサイジングは、非限定的な例では、予想される流量または局所温度に基づくことができる。
【００２８】
支持マウント９６用の第１のアーム１３０および第２のアーム１３２は、マニホールド６０を着座させるための座部１３４を形成する。脚部１３６が座部１３４から延在する。脚部１３６は、マニホールド６０をモノリシック本体６８に取り付けるために、またはモノリシック本体６８を支持マウント９６に対して形成する際に、チャネル８０内に嵌合するようなサイズにすることができる。図示していないが、第１のアーム１３０または第２のアーム１３２は、モノリシック本体６８と一体化していないときに支持マウント９６をマニホールド６０に機械的に固定するための開口部を任意に含むことができる。
【００２９】
図４は、図２の断面ＩＶ−ＩＶに沿った一組の流路８２の断面図を示す。一組のウィングレット１４０は、フィン９０の一端から延在することができる。ウィングレット１４０は、フィン９０の三角形の延長部として形成することができる。ウィングレット１４０は、例えば、フィン９０の下流端部に配置され、フィン９０、ルーバー９４、またはシュラウド９２によって生成される熱交換器５０の下流の局部的な乱流を増加させることができる。図示するように、ルーバー９４は、フィン９０のほぼ全長に沿って設けられている。代替的な実施例では、ルーバー９４は、フィン９０の一部に沿ってのみ設けられてもよいし、隣接するフィン９０、シュラウド９２、または他のルーバー９４によって発生する乱流および混合流れパターンに基づいて熱伝達を最大にするように構成されてもよいことが考えられる。さらに、熱交換面に沿ってフィン９０に付加的または代替的な増強機構を設けて局所的な乱流を生成し、境界層を破壊して対流熱伝達を増加させることができる。改善された対流熱伝達を促進する任意のこのような幾何学的形状または追加の複雑な形状は、従来のツールでは高価であるか不可能であるが、本明細書に記載の電鋳方法を利用して形成することができる。
【００３０】
熱増強構造１４４は、一組の流路８２のうちの１つまたは複数に形成することができる。熱増強構造１４４は、一組の半螺旋リブ１４６として示されている。リブ１４６は、流路８２の長さの少なくとも一部分に沿って延在することができる。任意選択的に、リブ１４６は、流路８２の長さに沿って延在する単一の連続した螺旋状リブとして形成することができる。さらなる代替的な実施例では、熱増強構造は、山形、バンプ、突起、隆起、タービュレータ、または流路８２を通過する流れを増強させるように意図された任意の同様の構造であってもよい。あるいは、熱増強構造１４４は、流路８２の壁に形成された負の特徴であり、そこを通過する流体の流れを増強することができると考えられる。全ての流路８２に示されているが、熱増強構造１４４は、少なくとも１つの流路８２上に形成することができる。そのような熱増強構造１４４は、モノリシック本体６８の各部分内での熱伝達を改善する一方で、熱交換器５０に追加される重量のバランスをとるように適合させることができる。例えば、熱増強構造は、他の全ての流路８２に設けることができる。さらに別の例では、熱増強構造１４４は、熱がより容易に集まるモノリシック本体６８の中心付近に設けることができる。
【００３１】
ここで図５を参照すると、熱交換器５０の底面図は、第２の表面７２に沿って構成されたフィン９０をより良く示す。フィン９０は、一組の流路８２の方向に直交して延在することができる。１８個のフィン９０が示されているが、任意の数のフィン９０が考えられる。フィン９０の間隔は、フィン９０を通る熱伝達および空気流を最大にするように適合させることができる。
【００３２】
フィン９０は、本体１５４を有することができる。シュラウド９２は、フィン９０の側方部分１５０を形成し、フィン９０の本体１５４の遠位端部１５２において、第２の表面７２から離間し、２つのフィン９０にまたがるように形成することができる。シュラウド９２は、フィン９０を通る流体の流れを収容し、その流れがフィン９０の遠位端部１５２を通ってマニホールド本体６８から流出するのを防止する。流れの流出を防止することにより、フィン９０の効率が向上する。シュラウド９２は、フィン９０の一部のみを覆うように示しているが、シュラウド９２は、任意の位置でフィン９０の任意の長さに沿って延在することができ、任意の構成で複数の側方フィン９０をまたぐことができる。さらに、シュラウド９２は単一のフィン９０だけに結合することが考えられる。フィン９０は、複数のシュラウド９２を利用することによって重量を最小にしつつ、効率を最大にするように適合させることができる。
【００３３】
ここで図６を参照すると、２つの隔離されたフィン９０が２つのシュラウド９２によって相互接続されて示されている。モノリシック本体６８から分離して示しているが、フィン９０はモノリシック本体６８の一部として形成され、フィン９０の理解を容易にするためにモノリシック本体６８から分離して示していることを理解されたい。
【００３４】
ルーバー９４には開口部１６０が形成されている。開口部１６０は、流体の流れがルーバー９４を通ってフィン９０の別の側に流れることを可能にすることができる。開口部１６０は、フィン９０を通過する流体の非直線流路を形成し、フィン９０に沿った熱伝達率を向上させる。ルーバー９４はさらに、フィン９０からの熱伝達を改善するために表面積を増大させる。図示するルーバー９４の全てはフィン９０の一方の側に沿って延在し、開口部１６０は全て同じ方向に向けられているが、ルーバー９４は、フィン９０のいずれかの側に、またはフィン９０の両側に延在することができることを理解されたい。１つの非限定的な代替的実施例では、ルーバー９４は、開口部１６０を通ってフィン９０のいずれかの側で流れを前後に移動させるように構成することができる。
【００３５】
代替的な実施例では、フィン９０は、開口部１６０の有無に関わらず、任意の成形ルーバー９４を含むことができる。ルーバー９４は、非限定的な例では、フィン９０に沿って流れる流体の流れに影響を及ぼすために、タービュレータ、バンプ、または追加のフィンなど、本体９８から延在する代替的な要素として形成することができる。
【００３６】
図７は、熱交換器５０を通って画定される流路１７０を示す。マニホールド６０に通じる加熱された流体１７２の流れは、入口導管６４に入り、第１のマニホールド接続部７４に入ることができる。第１のマニホールド接続部７４は、加熱された流体１７２を広げられたバースに沿って分散させ、開口部１０４を通って第１の組の流路８４に入ることができる。加熱された流体１７２は、第１の組の流路８４に沿って流れる。加熱された流体１７２からの熱は、モノリシック本体６８およびフィン９０に伝達され得る。タービンエンジンのバイパス部を通過する空気の流れなどの冷却流体１７４の流れは、フィン９０を通過し、流体１７２の流れからフィン９０に伝達された熱を対流冷却することができる。加熱された流体１７２および冷却流体１７４として説明しているが、加熱された流体１７２は高温流体である必要はなく、冷却流体１７４は低温である必要はない。加熱された流体１７２は、冷却流体１７４よりも温かいだけでよく、冷却流体１７４は、熱交換器５０による熱伝達を容易にするために加熱された流体１７２よりも冷たいだけでよい。
【００３７】
加熱された流体１７２の流れは、第１の組の流路８４を出て戻りマニホールド８８に入り、戻りマニホールドを通って折り返して、第２の組の流路８６に入る。第２組の流路８６内では、加熱された流体１７２の流れのさらなる熱がフィン９０に入ることができ、フィン９０を通過する流体１７４の流れは、一組の流路８２から伝達された熱をさらに対流除去することができる。フィン９０を介して熱交換器５０によって冷却された加熱された流体１７２の流れは、第２のマニホールド接続部７６に入ることができる。第２のマニホールド接続部７６は、マニホールド６０内の出口導管６６を通る流体１７２の流れを排出するために、流体１７２を収束することができる。
【００３８】
モノリシック本体６８は、異なる材料特性を有するゾーンに分離することができる。例示的な材料特性は、増大した引張強度、または増加した熱伝導率をもたらす硬度の増加を含むことができる。代替的な特性は、非限定的な例では、改善された導電率、融点、表面硬度、耐摩耗性、耐腐食性、または熱膨張率を含むことができる。このような例示的な特性は、本明細書に記載されているモノリシック本体６８を電鋳することによる結果であり得る。
【００３９】
熱交換器５０の第１のゾーン１８０は、一組の流路８２およびフィン９０において画定することができる。モノリシック本体６８の第１のゾーン１８０は、フィン９０に隣接するモノリシック本体６８に沿った第２のゾーン１８２と比較して増加した熱伝導率を有することができる。モノリシック本体６８の第２のゾーン１８２は、一組の戻りマニホールド８８と、第１および第２のマニホールド接続部７４、７６とを含むことができる。第２のゾーン１８２は、第１のゾーン１８０、一組の流路８２、およびフィン９０と比較して、増加した硬度または増加した引張強度を含むことができる。さらに、第１のゾーン１８０内の流路８２は、引張強度を増大させて、熱伝導率を低下させ、対流除去のためにフィン９０に向かってより多くの熱伝達を可能にすることができると考えられる。増加した引張強度または熱伝導率などの異なる材料特性を有する複数のゾーンを含む熱交換器を有することにより、増加した強度を必要とする他の領域での部品強度を最大にしながら、熱伝達領域での熱伝導率を最大にするように局所的に調整することができる熱交換器を提供することができる。さらに、ゾーンを利用することで、エンジン重量をバランスさせながら効率を最大化することができる。改善された熱伝導率は熱交換器の効率を向上させることができるが、一方、強度の向上は必要なメンテナンスを最小化し、部品の寿命を延ばすことができる。図８は、熱交換器５０から分解された一組の取り付けブラケット１９０を示す。取り付けブラケット１９０は、一対のポスト１９４および溝１９６を有する本体１９２を含む。スロット２００を画定する溝１９６内に耐摩耗性材料１９８を設けることができる。非限定的な一例では、耐摩耗性材料１９８は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であってもよい。同様に、耐摩耗性材料１９８は、動作中に熱交換器５０にまたは熱交換器５０から伝達されるあらゆる動作振動を減衰させるために、振動に耐えることができる。スロット２００は、熱交換器５０を取り付けブラケット１９０に固定するためにモノリシック本体６８を受け入れるような形状にすることができる。アセンブリ時に、取り付けブラケット１９０は、１つの非限定的な例では、１つまたは複数の固定具を利用して図１のファンケーシングアセンブリ３８に取り付けることができる。
【００４０】
図９を参照すると、ステレオリソグラフィ部品２１０のアセンブリは、ベースプレート２２２およびマニホールド６０を含む機械加工された部品に取り付けることができる。ベースプレート２２２およびマニホールド６０に取り付けられたステレオリソグラフィアセンブリは、図１〜図８の熱交換器５０を電鋳する際に使用することができる。
【００４１】
ステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０は、第１のマニホールド接続構造２１２、第２のマニホールド接続構造２１４、一組の流路チャネル構造２１６、一組の戻りマニホールド構造２１８、ならびに第１のマニホールド接続部７４、第２のマニホールド接続部７６、一組の流路８２、戻りマニホールド８８、および図２のフィン９０をそれぞれ含むモノリシック本体６８を形成するように適合された一組のフィン構造２２０を含む。ステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０の少なくともいくつかは、単一の一体要素として形成することができ、または別個の構造を一体化することによって組み合わせることができると考えられる。任意選択的に、ステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０は、モノリシック本体６８の一部として支持マウント９６を形成するように適合された支持マウント構造２０８を含むことができる。１つの非限定的な例では、ステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０は、犠牲モールドとして働く積層造形されたプラスチック型であってもよい。
【００４２】
ベースプレート２２２は、ステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０を結合することができる。１つの非限定的な例では、ベースプレート２２２はアルミニウム製であってもよいが、さらなる金属材料として、例えばニッケルが考慮される。プレート溝２２４は、支持マウント構造２０８を受け入れるように構成された一組の流路チャネル構造２１６の間のベースプレート２２２に形成することができる。
【００４３】
第１および第２のマニホールド接続構造２１２、２１４は、マニホールド６０にインサート成形され、最終的な電鋳プロセス中に、組み合わされた部品の表面上の堆積された金属のオーバーモールドによって接合することができる。マニホールド６０はステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０の一部ではなく、非限定的な一例では機械加工されたアルミニウムで形成され、第１および第２のマニホールド接続構造２１２、２１４においてステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０に結合されてもよいことを理解されたい。あるいは、マニホールド６０を用いてステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０の一部を形成することができると考えられる。
【００４４】
一組のロッド２２６が一組の流路チャネル構造２１６を形成することができる。一組のロッド２２６は、第１および第２のマニホールド接続構造２１２、２１４と、ベースプレート２２２上に配置された一組の戻りマニホールド構造２１８と、の間に取り付けることができる。ロッド２２６は、ロッド２２６の周りに少なくとも部分的に配置された溝２３０を含むことができる。図１０を参照すると、溝２３０は、ロッド２２６の一部分２３２にのみ螺旋状に配置することができる。部分２３２は、例えば、ロッド２２６の底部の第３の部分２３４を覆うことができる。螺旋状溝２３０は、図４の熱増強構造１４４を形成するように適合させることができる。代替的な溝は、チャネル、シェブロン、ディボット、またはロッド２２６内に形成された幾何学的形状を有し、ロッド２２６の任意の部分を覆う任意の構造であってもよい。あるいは、溝２３０は、ロッド２２６内ではなくロッド２２６から外側に延在する正の要素であってもよいと考えられる。このように、図４の熱増強構造１４４は、一組の流路８２の壁に形成された負の特徴となる。
【００４５】
図１１を参照すると、ステレオリソグラフィ部品２１０、ベースプレート２２２、およびマニホールド６０を利用して熱交換器５０を形成する方法２５０が説明される。本方法は、ベースプレート２２２などのベースプレートを設けるステップを含むことができる。ステップ２５２では、方法２５０は、一組のステレオリソグラフィ部品をベースプレートに結合するステップを含むことができ、一組のステレオリソグラフィ部品は、一組の戻りマニホールドおよび一組の流路チャネル構造を含む。ベースプレート、一組の戻りマニホールド、および一組の流路チャネル構造は、図９に記載されたベースプレート２２２、一組の戻りマニホールド２１８、および一組の流路のチャネル構造２１６であってもよい。さらに、一組のステレオリソグラフィ部品は、図９の一組のフィン構造２２０などの一組のフィン構造をさらに含むことができる。方法２５０における一組のステレオリソグラフィ部品は、本明細書に記載のマニホールド６０などの、機械加工されたマニホールド部にさらに結合することができる。一例では、マニホールド部分は、機械加工されたアルミニウムで作製することができる。
【００４６】
ステップ２５４では、方法２５０は、ベースプレート２２２またはマニホールド６０の露出面および一組のステレオリソグラフィ部品の外面などの任意の他の部品の上に金属層を電鋳するステップをさらに含むことができる。電鋳の前に、露出面を前処理して、帯電金属イオンの堆積のために露出した金属表面を洗浄することができると考えられる。電鋳の前に化学プロセスとして無電解メッキを使用するなど、電鋳を容易にするために、露出面およびステレオリソグラフィ部品の上に初期金属層を形成することができる。１つの非限定的な例では、電鋳は、電着などの積層造形法であってもよい。代替的な一例は、電気メッキを含むことができる。このような電着は、アルミニウム合金から金属層を形成するのに使用することができるが、他の合金も考えられる。１つの非限定的な例では、金属層は、Ａｌ６Ｍｎなどのアルミニウム（Ａｌ）およびマンガン（Ｍｎ）から作製することができる。電着を利用して金属層に含まれるＭｎの量を制御することにより、図７のゾーン１８０、１８２などの異なる材料特性を有するゾーンを形成することができる。例えば、Ｍｎの量が少ないと、硬度は低いが、硬度の低い部分とは対照的に熱伝導率が高い合金が得られる。あるいは、より高い濃度のＭｎは、著しく高い硬度を提供するが、熱伝導率が最小になる。熱交換器５０の電鋳中のＭｎ濃度は、図７の第１のゾーン１８０などのゾーンの硬度を高めたり、あるいは、Ｍｎの濃度に基づいて、図７の第２のゾーン１８２のように、熱伝導率を向上させながら硬度を下げたりすることができる。このように、ゾーンは、向上した引張強度をもたらす硬度の増加または熱伝導率の増加などの異なる材料特性を有することができる。別の例では、非限定的な例では、電気伝導度、融点、または熱膨張率の増加または減少などの追加の材料特性を有するように、金属層を電鋳する際に電着を使用することができる。非限定的な一例では、電鋳された金属層は、０．０３０インチ〜０．０５０インチの壁厚を有することができ、これは典型的な熱交換器アセンブリの典型的な壁厚よりも薄い。
【００４７】
ステップ２５６で、方法２５０は、少なくとも一部が一組の戻りマニホールドを介して流体結合された一組の流路を備える一体型モノリシック本体を有する熱交換器を画定するために、一組のステレオリソグラフィ部品を除去するステップをさらに含むことができる。１つの非限定的な例では、ステレオリソグラフィ部品の除去は、熱パージまたは化学エッチングによって達成することができる。
【００４８】
ここで図１２を参照すると、例示的な浴槽２８０は単一金属成分溶液２８２を担持する。１つの非限定的な例では、単一金属成分溶液２８２は、マンガンイオンを担持するアルミニウム合金を含むことができる。１つの代替的な非限定的な例では、単一金属成分溶液２８２は、合金化金属イオンを担持するニッケル合金を含むことができる。ステレオリソグラフィ部品２８４は、浴槽２８０内に設けられる。一例では、ステレオリソグラフィ部品２８４は、本明細書に記載されるモノリシック本体６８を形成するために使用されるステレオリソグラフィ部品アセンブリ２１０の代表的なものであってもよい。ステレオリソグラフィ部品２８４は、上述の図９のベースプレート２２２などのアルミニウム製のベースプレート２８６に結合することができる。ステレオリソグラフィ部品２８４は、本明細書に記載の図１４の外面２７０と同様の外面２８８を含むことができ、ベースプレート２８６は、ステレオリソグラフィ部品２８４によって覆われていない露出面を有することができる。
【００４９】
浴槽２８０内には、カソード２９２から離間した３つのアノード２９０が設けられている。アノード２９０は、犠牲アノードまたは不活性アノードであってもよい。３つのアノードが示されているが、浴槽２８０は、１つまたは複数のアノードを含む任意の数のアノード２９０を含むことができる。ステレオリソグラフィ部品２８４は、導電性材料を有するカソード２９２を形成することができる。部品２８４の犠牲モールドが最小導電性または非導電性である場合に、カソード２９２の形成を容易にするために、導電性のスプレーまたは同様の処理を外面２８８に施すことができる。１つのカソード２９２として図示しているが、１つまたは複数のカソードが考えられることを理解されたい。
【００５０】
第１のバリアシールド３００は、１つの非限定的な例ではプラスチック製であってもよく、ステレオリソグラフィ部品２８４の上方に配置され、ステレオリソグラフィ部品２８４を、第１のバリアシールド３００の一方の側の第１のゾーン２９４と、第１のバリアシールド３００の他方の側の第２のゾーン２９６と、に分離することができる。第２のバリアシールド３０２は、ベルト式の位置でステレオリソグラフィ部品２８４の周りに配置することができ、ステレオリソグラフィ部品の上部の第１および第２のゾーン２９４、２９６を、ステレオリソグラフィ部品２８４の下の第３のゾーン２９８から分離する。バリアシールド３００、３０２は、非導電性要素である。１つのアノード２９０をステレオリソグラフィ部品２８４から離間して配置された各ゾーン２９４、２９６、２９８に配置することができる。アノード２９０とバリアシールド３００、３０２との分離は、電解液を隔離することによって、金属成分溶液２８２中の合金化イオンの局所濃度を制御するために使用することができる。
【００５１】
コントローラ３１０は、電源を含むことができ、導電性金属成分溶液２８２を介して回路を形成するために、電気導管３１２によってアノード２９０およびカソード２９２に電気的に結合することができる。任意選択的に、スイッチ３１４またはサブコントローラを、電気導管３１２に沿って、コントローラ３１０とアノード２９０およびカソード２９２との間に含めることができる。スイッチ３１４は、個々のアノード２９０に選択的に電力を供給することができ、コントローラ３１０を複数のアノード２９０まで延在する複数の電源に効果的に分離する。あるいは、スイッチ３１４は、共通ソースを利用するのではなく、アノード２９０およびカソード２９２のそれぞれに個別の電力を供給するために、コントローラ３１０に通信可能に結合された個別の複数の電源３１４を形成することが考えられる。
【００５２】
動作中に、アノード２９０からカソード２９２に電流を供給して、ステレオリソグラフィ部品２８４およびベースプレート２８６においてモノリシック本体を電鋳することができる。電流の供給中に、単一金属成分溶液２８２からアルミニウムおよびマンガンが、図１５および図１６に記載された金属層２７４などの金属層を形成して、ステレオリソグラフィ部品２８４の上にモノリシック本体を形成する。
【００５３】
別個のアノード２９０を別個のゾーン２９４、２９６、２９８内に配置することにより、モノリシック本体の形成を特に制御することができる。例えば、アノード２９０を選択的に動作させるためにコントローラ３１０またはスイッチ３１４を利用してモノリシック本体の濃度および形成を局所的に決定することができ、モノリシック本体の材料特性を局所的に決定することができる。
【００５４】
図１３は、図１２のものなどのモノリシック部品を形成する１つのステップを示し、本明細書に記載されている熱交換器の例示的な形態であってもよいが、本方法は、異なる材料特性を有する任意の部品を形成するのに利用することができ、記載したような熱交換器に限定されないことを理解されたい。電着アセンブリ２５８の概略部分は、１つの非限定的な例では、ベースプレート２２２または機械加工されたアルミニウムなどの金属材料で作られた任意の適切なベースを含むことができる。ベースプレート２２２は、平坦であってもよい第１の側面２６０と、一組の延長部２６４を有する第２の側面２６２とを有することができる。ここで図１４を参照すると、破線で示す、３Ｄ印刷された一組の犠牲モールド型がベースプレート２２２に結合することができる。一組の犠牲フィン型２６６を第１の平坦側面２６０に沿って配置することができ、一組の流路型２６８を第２の側面２６２に沿って延長部２６４の間に配置することができる。犠牲モールド２６６、２６８は、ベースプレート２２２の露出部分と組み合わせて、外面２７０を形成することができる。犠牲モールド２６６、２６８は、ベースプレート２２２の露出面２７２を残して、ベースプレート２２２の一部のみを覆うことができることを理解されたい。犠牲モールド２６６、２６８は、非限定的な一例では、積層造形法によってプラスチックで形成することができる。犠牲モールド型は、任意の適切な積層造形法または３Ｄ印刷方法によって作製することができ、あるいは成形または押出などの任意の他の適切な方法によって作製することができる。電着によって形成された部品が複雑な部品である例では、複雑な部品を形成するのに適した複合構成を達成するために、３Ｄ印刷によって犠牲モールド型を形成することが望ましい場合がある。
【００５５】
図１５では、プラスチック層２６６、２６８の外面２７０およびベースプレート２２２の露出面２７２の周りに金属層２７４を形成することができる。金属層２７４は、別個に画定された層として図示しているが、金属層２７４を電着によって形成することができ、部品のモノリシックまたは一体部分を形成することができることが理解されよう。金属層２７４は、図１２のものなどの局所アノードを利用して形成することができ、電着アセンブリ２５８の露出した金属部分はカソードを形成することができる。犠牲モールド２６６、２６８の周りの金属層２７４の形成を容易にするために、同様の材料の金属スプレーを犠牲モールド２６６、２６８に適用することができる。１つの非限定的な例では、金属層２７４はアルミニウム合金で作ることができる。
【００５６】
図１６では、犠牲モールド２６６、２６８が除去されて、ベースプレート２２２の周りにモノリシック本体２７６が形成され、それは本明細書に記載のモノリシック本体６８とすることができる。除去された犠牲モールド２６６、２６８は、熱パージまたは化学エッチングなどの任意の適切な方法によって除去することができる。除去された犠牲フィン型２６６は、第１の非限定的な例では、図２のフィン９０を形成することができ、除去された犠牲流路型２６８は、別の非限定的な例では、図２の一組の流路８２を形成することができる。
【００５７】
ここで図１７を参照すると、プロットグラフ３２０は、オン期間３２４およびオフ期間３２６を含む周期的サイクル３２２を有するパルス電流波形を示す。このパルス電流により、オン期間３２４では、所定の電流密度で１つまたは複数のカソードに一定時間電流を供給し、その後オフ期間３２６では、所定時間だけ電流を停止させる。電流の供給および終了の周期的なサイクル３２２は、所定の期間繰り返すことができる。周期的サイクル３２２は、モノリシック部品を電鋳する際に、図１２の１つまたは複数のアノード２９０への電流の供給を表すことができる。パルス化された電流波形によって、図１２のアノード２９０などの複数のアノードは、図１２のゾーン２９４、２９６、２９８などの様々なゾーンに隣接して使用することができる。複数のアノード２９０の使用は、共通のカソード電位に対する波形を提供する。
【００５８】
ここで図１８を参照すると、プロットグラフ３３０は、周期的サイクル３３２を有するパルス逆電流波形を示す。オン期間３３４は、特定の電流密度で負の電流を供給するように規定され、オフ期間３３６は、電流を供給しないように規定され、周期的サイクル３３２を形成する。周期的サイクル３３２は、モノリシック部品を電鋳する際に図１２のアノード２９０からカソード２９２への電流の供給を表すことができ、図１７のパルス電流波形と組み合わせて利用されてもされなくてもよい。
【００５９】
図１７のパルス電流波形または図１８のパルス逆電流は、電気泳動によってモノリシック部品を電鋳するために、図１２の浴槽２８０に電場を生成するために使用することができる。パルス電流または逆パルス電流を、流体温度などの他の実行可能なものと組み合わせて使用することにより、モノリシック本体の金属層の結晶粒径および分子構成に影響を及ぼすことができる。図１２の単一金属成分溶液２８２がマンガンイオンを有するアルミニウムを含む例では、パルス電流、逆電流、電流の変調、電流量、またはバリアシールドの配置を用いて、電鋳モノリシック部品上のマンガンイオンの局所濃度を変化させることができる。これらのパラメータならびに追加のパラメータは、電鋳された部品中のマンガンの量ならびに結晶または準結晶などの分子構造を制御するために変化させることができる。複数の電源を有する複数のアノード２９０の使用は、別個のゾーン２９４、２９６、２９８内のマンガンの局所量を個別に制御して、部品のゾーン内の異なる材料特性を局所的に調整するために使用することができる。
【００６０】
例えば、０〜７．５％濃度のマンガンは、約１．０〜２．８ギガパスカル（ＧＰａ）の硬度をもたらす結晶構造を形成する１５〜７マイクロメートル（μｍ）の範囲の結晶粒径を有する合金をもたらすことができる。同様に、８．２〜１２．３および１３．６〜１５．８のＭｎ濃度は、４．８〜５．５ＧＰａの著しく高い硬度を有する、１０〜２５ナノメートル（ｎｍ）の範囲のより小さな粒径を提供することができる。熱交換器５０の電鋳中のＭｎ濃度は、ゾーンの硬度を高めたり、あるいは熱伝導率を高めて硬度を下げたりすることができる。増加した硬度を有するゾーンと比較して、減少した硬度を有するゾーンは、０〜７．５％のマンガンで形成された結晶構造などのように、熱伝導率を増加させ、電気伝導度を増加させることができる。このように、モノリシック部品を形成するために使用されるマンガンの量を制御することにより、硬度の増加などの局所的な材料特性を決定し、引張強度を向上させるか、または熱伝導率を高めることができる。アルミニウムおよびマンガンに関して記載しているが、代わりの金属合金も考えられることを理解されたい。そのような代替的な合金の溶液中のイオンの濃度を変更することにより、特定の部品の異なる金属特性を変化させることができる。
【００６１】
共通カソードへの複数の電源を有する複数のアノードを利用して、マンガンの濃度を局所的に制御し、異なるゾーンにおいて異なる材料特性を有するように部品を調整することができる。図１７のパルス電流または図１８の逆パルス逆電流などのパラメータばかりでなく、カソードの数、複数の電源、コントローラ３１０内で定義される関数発生器、電流シーフ、浴槽温度、またはバリアシールド３００の配置などのパラメータの変化を用いて、金属層の局所的な濃度または結晶形成を制御することによって、局所的な材料特性を特に修正または調整することができる。特に、電流シーフの使用は、変調された電流密度を局所的に調整するために使用することができ、バリアシールドの位置は、単一金属成分溶液内のマンガンなどの金属合金の局所濃度を制御するために使用することができる。
【００６２】
複数のゾーンアノード、１つまたは複数のカソード、複数の電源、電流シーフ、およびバリアシールドを使用することにより、同一のモノリシック部品のための別個のゾーンの定義が可能になり、モノリシック本体が個別の局所的な材料特性を有することが可能になる。図４で説明した熱交換器５０の例では、フィン９０および一組の流路８２の熱伝導率を高めて熱伝達を向上させることができ、マニホールド接続部７４、７６および戻りマニホールド８８は、引張強度が向上して部品の寿命が延び、必要な整備またはメンテナンスを最小限に抑えることができる。
【００６３】
本明細書で説明される熱交換器は、完全に一体化された一体型熱交換器または表面空冷式オイル冷却器を提供することをさらに理解されたい。モノリシック本体は、全体的なコスト、重量、アセンブリプロセス作業、および部品の欠陥を低減する。熱交換器の製造方法は、アルミニウムのより強い合金から形成される熱交換器を提供することができ、これは現在のアルミニウム合金と比較して３倍強くまたはそれ以上であり得る。モノリシック本体の製造コストは、二次成形、機械加工、または溶接作業の必要性を排除することによって低減される。さらに、このような二次的な作業がないので材料の無駄が最小限に抑えられる。
【００６４】
本明細書に記載のプロセスおよび方法によって形成された熱交換器または他の部品は、現行の押出プロセスまたはスカイビングプロセスでは不可能な、シュラウド、ルーバーまたは他の要素を含む本明細書に記載のフィンなどの、複雑な熱強化特徴の形成を提供する。改良されたフィンはフィンの高さを最小限に抑え、全体的な抗力を低減して特定の燃料消費を改善することができる。シュラウドは、フィンの上部を通る空気流の損失を防止する。空気流の３０〜４０％も、フィンの間のチャネルの上部を通って出ることができる。シュラウドは、これらの損失を最小限に抑え、全体の熱交換器効率を改善する。同様に、熱増強構造は、本体内の熱伝達を改善する。さらに、高い熱伝導率を有するモノリシック本体の一部を形成することにより、熱交換器の効率がさらに改善される。
【００６５】
熱交換器はまた、部品の耐久性および寿命を改善し、全体的なコストを削減する。モノリシック本体用の電鋳された合金は、必要なメンテナンスを低減しながら、より長い部品寿命を有する強化合金を提供することができる。熱交換器の改善された強度は、延性を著しく損なうことなく、現在の設計よりも３倍強い合金を提供することができる。改善された強度は部品の厚さを減少させ、全体的な重量、質量、およびコストを削減する。
【００６６】
さらに、本明細書に記載の電着法によって形成された部品の熱交換器は、非限定的な例において熱伝導率または構造的完全性などの、異なる局所的必要性に合わせて部品を調整するために、局所的に調整された異なる材料特性を有することができる。
【００６７】
以上、熱交換器または表面冷却器装置について説明した。本開示は限られた数の実施形態に関して記載されているが、本開示の利益を有する当業者は、本明細書に記載された開示の範囲から逸脱しない他の実施形態が考案することができることを、理解するであろう。本開示を、典型的な実施形態を参照して説明してきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、同等物で典型的な実施形態の構成要素を置き換えることができることが、当業者によって理解されよう。さらに、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に合わせるために、多数の変更を行うことができる。例えば、本明細書に記載の熱交換器は、これらに限られるわけではないが、マルチスプール設計（追加の圧縮機およびタービン部）、ギヤードターボファン式アーキテクチャ、アンダクテッドファン、単一シャフトエンジン設計（単一の圧縮機およびタービン部）などの、多数の様々な種類の航空機エンジンアーキテクチャまたは非航空実施に用いられるように構成することが可能である。したがって、本開示は、本開示の実施に関して想定される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されないと意図される。したがって、添付の特許請求の範囲が、本開示の真の趣旨の範囲内にある全てのこのような改良および変形を含むように意図されていることを理解されたい。
【００６８】
すでに説明され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。ある特徴が一部の実施形態において示されていないとしても、それは説明を簡潔にするためであり、それが不可能である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関わらず可能である。本明細書に記載されている特徴の全ての組み合わせまたは置き換えが、本開示によって包括される。
【００６９】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を用いている。本発明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、特許請求の範囲内にある。
［実施態様１］
航空機エンジン用の冷却器（５０）であって、
一体型モノリシック本体（６８）内に一組の流路（８２）と、入口（７８）および出口（７９）を有するマニホールド接続部（７４，７６）と、前記一組の流路（８２）の少なくとも一部を流体結合する一組の戻りマニホールド（８８）と、一組のフィン（９０）とを含む前記一体型モノリシック本体（６８）
を含む冷却器（５０）。
［実施態様２］
前記一体型モノリシック本体（６８）は、表面空冷式オイル冷却器を含む、実施態様１に記載の冷却器（５０）。
［実施態様３］
前記一体型モノリシック本体（６８）は、加熱された流体から前記航空機エンジンのバイパスダクトを通って流れる空気に熱を伝達するように構成されている、実施態様２に記載の冷却器（５０）。
［実施態様４］
前記冷却器（５０）を前記航空機エンジンに取り付けるように構成された取り付けブラケット（１９０）をさらに含む、実施態様３に記載の冷却器（５０）。
［実施態様５］
前記一体型モノリシック本体（６８）は、異なる材料特性を有するゾーンを含む、実施態様２に記載の冷却器（５０）。
［実施態様６］
前記一組の流路（８２）に隣接する前記一体型モノリシック本体（６８）の一部分（１８０）は、前記モノリシック本体（６８）の第２の部分（１８２）と比較して増加した熱伝導率を有する、実施態様５に記載の冷却器（５０）。
［実施態様７］
前記一組の戻りマニホールド（８８）は、前記一組の流路（８２）に隣接する前記一体型モノリシック本体（６８）の前記一部分と比較して増加した引張強度を有する、実施態様６に記載の冷却器（５０）。
［実施態様８］
前記一組の流路（８２）のうちの少なくとも１つの流路は、熱増強構造を含む、実施態様１に記載の冷却器（５０）。
［実施態様９］
前記熱増強構造は、前記少なくとも１つの流路の長さの少なくとも一部分に沿って延在するリブ（１４６）を含む、実施態様８に記載の冷却器（５０）。
［実施態様１０］
前記一組のフィン（９０）のうちの少なくとも１つのフィン（９０）は、ルーバー（９４）またはシュラウド（９２）の少なくとも一方を有する本体を含む、実施態様９に記載の冷却器（５０）。
［実施態様１１］
前記シュラウド（９２）は、前記少なくとも１つのフィン（９０）の少なくとも１つの遠位部分（１５２）から延在する側方部分（１５０）を含む、実施態様１０に記載の冷却器（５０）。
［実施態様１２］
熱交換器（５０）を形成する方法（２５０）であって、
ベースプレート（２２２）を提供するステップと、
一組のステレオリソグラフィ部品（２８４）を前記ベースプレート（２２２）に結合するステップ（２５２）であって、前記一組のステレオリソグラフィ部品（２８４）は、一組の戻りマニホールド（８８）および一組の流路チャネル構造（２１６）を含む、ステップ（２５２）と、
前記ベースプレート（２２２）の露出面および前記一組のステレオリソグラフィ部品（２８４）の外面の上に金属層を電鋳するステップ（２５４）と、
少なくとも一部が前記一組の戻りマニホールド（８８）を介して流体結合された一組の流路（８２）を備える一体型モノリシック本体（６８）を有する前記熱交換器（５０）を画定するために、前記一組のステレオリソグラフィ部品（２８４）を除去するステップ（２５６）と
を含む方法（２５０）。
［実施態様１３］
前記一組のステレオリソグラフィ部品（２８４）は、一組のフィン構造（２２０）をさらに含む、実施態様１２に記載の方法（２５０）。
［実施態様１４］
前記一組のステレオリソグラフィ部品（２８４）は、機械加工されたマニホールド部にさらに結合される、実施態様１２に記載の方法（２５０）。
［実施態様１５］
前記金属層は、異なる材料特性を有するゾーンを含む、実施態様１２に記載の方法（２５０）。
［実施態様１６］
前記一組の流路チャネル構造（２１６）は、前記熱交換器（５０）の別の部分と比較して増加した熱伝導率を有する、実施態様１５に記載の方法（２５０）。
［実施態様１７］
前記一組の戻りマニホールド（８８）は、前記一組の流路チャネル構造（２１６）と比較して増加した引張強度を有する、実施態様１６に記載の方法（２５０）。
［実施態様１８］
熱交換器（５０）であって、
一体型モノリシック本体（６８）を含み、前記一体型モノリシック本体（６８）は、
前記一体型モノリシック本体（６８）内の一組の流路（８２）であって、前記一組の流路（８２）のうちの少なくとも１つの流路が熱増強構造を含む、一組の流路（８２）と、
入口（７８）および出口（７９）を有するマニホールド接続部（７４，７６）と、
前記一組の流路（８２）のうちの少なくとも一部を流体結合する一組の戻りマニホールド（８８）と、
一組のフィン（９０）と
を含む、熱交換器（５０）。
［実施態様１９］
前記一組の流路（８２）に隣接する前記一体型モノリシック本体（６８）の一部分（１８０）は、前記モノリシック本体（６８）の第２の部分（１８２）と比較して増加した熱伝導率を有し、前記一組の戻りマニホールド（８８）は、前記一組の流路（８２）に隣接する前記モノリシック本体（６８）の前記一部分と比較して増加した引張強度を有する、実施態様１８に記載の熱交換器（５０）。
［実施態様２０］
前記一組のフィン（９０）のうちの１つのフィン（９０）は、前記フィン（９０）のうちの少なくとも１つの遠位部分（１５２）から延在する側方部分（１５０）を有する本体を含む、実施態様１８に記載の熱交換器（５０）。
【符号の説明】
【００７０】
１０  タービンエンジンアセンブリ
１２  長手方向軸
１６  タービンエンジン
１８  ファンアセンブリ
２０  ナセル
２２  エンジンコア
２４  圧縮機
２６  燃焼部
２８  タービン
３０  排気部
３２  内側カウル
３４  外側カウル
３６  環状流路
３８  ファンケーシングアセンブリ
４０  前方ケーシング
４２  後方ケーシング
４４  第１の部分
４６  第２の部分
５０  熱交換器アセンブリ、表面冷却器
５２  ファンケーシング
５４  環状周壁
６０  マニホールド
６２  ハウジング
６４  入口導管
６６  出口導管
６８  モノリシック本体
７０  第１の表面
７２  第２の表面
７４  第１のマニホールド接続部
７６  第２のマニホールド接続部
７８  入口
７９  出口
８０  チャネル
８２  一組の流路
８４  第１の組の流路
８６  第２の組の流路
８８  戻りマニホールド
９０  フィン
９２  シュラウド
９４  ルーバー
９６  支持マウント
９８  本体
１００  入口
１０２  出口
１０４  一組の開口部
１０６  一組の開口部
１１０  第１の戻りマニホールド
１１２  第２の戻りマニホールド
１１４  第３の戻りマニホールド
１１６  入口端部
１１８  出口端部
１２０  第１の傾斜部
１２２  第２の傾斜部
１３０  第１のアーム
１３２  第２のアーム
１３４  座部
１３６  脚部
１４０  ウィングレット
１４２  開口部
１４４  熱増強構造
１４６  リブ
１５０  側方部分
１５２  遠位端部
１５４  本体
１６０  開口部
１７０  流路
１７２  加熱された流体
１７４  流体
１８０  第１のゾーン
１８２  第２のゾーン
１９０  取り付けブラケット
１９２  本体
１９４  ポスト
１９６  溝
１９８  耐摩耗性材料
２００  スロット
２０８  支持マウント構造
２１０  ステレオリソグラフィ部品アセンブリ
２１２  第１のマニホールド接続構造
２１４  第２のマニホールド接続構造
２１６  一組の流路チャネル構造
２１８  一組の戻りマニホールド構造
２２０  一組のフィン構造
２２２  ベースプレート
２２４  プレート溝
２２６  一組のロッド
２２８  一組のロッド溝
２３０  螺旋状溝
２３２  部分
２３４  底部の第３の部分
２５０  方法
２５８  電着アセンブリ
２６０  第１の平坦側面
２６２  第２の側面
２６４  延長部
２６６  犠牲フィン型、犠牲モールド、プラスチック層
２６８  犠牲流路型、犠牲モールド、プラスチック層
２７０  外面
２７２  露出面
２７４  金属層
２７６  モノリシック本体
２８０  浴槽
２８２  単一金属成分溶液
２８４  ステレオリソグラフィ部品
２８６  ベースプレート
２８８  外面
２９０  アノード
２９２  カソード
２９４  第１のゾーン
２９６  第２のゾーン
２９８  第３のゾーン
３００  第１のバリアシールド
３０２  第２のバリアシールド
３１０  コントローラ
３１２  電気導管
３１４  スイッチ、電源
３２０  プロットグラフ
３２２  周期的サイクル
３２４  オン期間
３２６  オフ期間
３３０  プロットグラフ
３３２  周期的サイクル
３３４  オン期間
３３６  オフ期間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018189091.tif 000018
【図１７】
2018189091.tif 000019
【図１８】
2018189091.tif 000020
【外国語明細書】
2018189091000001.pdf