(57)【要約】  制御機構（１０）は、動作を制御する選択可能な第１コントローラ（１２）と、動作を制御する選択可能な第２コントローラ（１４）とを備える。また、機構は、動作を制御するために、コントローラ（１２、１４）のうちの１つを選択するセレクタ（２２）を含む。更に、機構（１０）は、第１コントローラ（１２）に関連し且つ第１コントローラ（１２）との間で熱の伝達を実施する第１熱交換器を含む。また、機構は、第２コントローラ（１４）に関連し且つ第２コントローラ（１４）との間で熱の伝達を実施する第２熱交換器を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作を制御する選択可能な第１コントローラと、
前記動作を制御する選択可能な第２コントローラと、
前記第１コントローラと前記第２コントローラとのうちの１つを選択して前記動作を制御するセレクタと、
前記第１コントローラに関連する第１熱交換器であって、前記第１コントローラとの間で熱の伝達を実施する第１熱交換器と、
前記第２コントローラに関連する第２熱交換器であって、前記第２コントローラとの間で熱の伝達を実施する第２熱交換器と、
を備える制御機構。
【請求項２】
前記セレクタは、前記制御機構の条件に依存して前記動作を制御するよう、前記第１コントローラと前記第２コントローラとのうちの１つを選択するために設けられる、請求項１に記載の制御機構。
【請求項３】
前記セレクタは、前記第１コントローラを選択して前記動作を前記機構の第１条件で制御するために、また、前記第２コントローラを選択して前記動作を前記機構の第２条件で制御するために設けられる、請求項１又は２に記載の制御機構。
【請求項４】
前記第１熱交換器は、前記第１コントローラが選択されるときに前記熱伝達を実施するように構成され、
前記第２熱交換器は、前記第２コントローラが選択されるときに前記熱伝達を実施するように構成される、
請求項１、２又は３に記載の制御機構。
【請求項５】
前記第１熱交換器は前記第１コントローラを冷却するように構成され、
前記第２熱交換器は前記第２コントローラを冷却するように構成される、
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項６】
前記第１コントローラ及び前記第２コントローラは電子部品を備える、請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項７】
前記電子部品は電力電子部品を備える、請求項６に記載の制御機構。
【請求項８】
前記電子部品は、少なくとも１つのトランジスタと少なくとも１つのダイオードとを備える、請求項６又は７に記載の制御機構。
【請求項９】
前記の又はそれぞれの前記トランジスタは絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタである、請求項９に記載の制御機構。
【請求項１０】
前記第１コントローラ及び前記第２コントローラは実質的に互いに同じである、請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項１１】
前記第１熱交換器は前記熱伝達を実施する第１流体を備え、
前記第２熱交換器は前記熱伝達を実施する第２流体を備える、
請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項１２】
前記第１流体及び前記第２流体は燃料又は空気を含む、請求項１１に記載の制御機構。
【請求項１３】
前記第１熱交換器に関連する前記第１流体は燃料を含み、
前記第２熱交換器に関連する前記第２流体は空気を含む、
請求項１２に記載の制御機構。
【請求項１４】
前記制御機構は、ファンを有するガスタービン・エンジンの一部であり、前記空気は前記ファンからの空気の流れを含む、請求項１２又は１３に記載の制御機構。
【請求項１５】
前記セレクタによって選択されることができ且つ前記動作を制御する選択可能な第３コントローラと、
前記第３コントローラとの間で熱の伝達を実施する第３熱交換器と、
を備える、請求項１〜１４のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項１６】
前記第３コントローラは電子部品を備える、請求項１５に記載の制御機構。
【請求項１７】
前記電子部品は電力電子部品を備える、請求項１６に記載の制御機構。
【請求項１８】
前記電子部品は、少なくとも１つのトランジスタと少なくとも１つのダイオードとを備える、請求項１６又は１７に記載の制御機構。
【請求項１９】
前記の又はそれぞれの前記トランジスタは絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタである、請求項１８に記載の制御機構。
【請求項２０】
前記第３熱交換器は前記第３コントローラを冷却するように構成される、請求項１５〜１９のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項２１】
前記第３熱交換器は前記熱伝達を実施する第３流体を備える、請求項１５〜２０のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項２２】
前記第３流体は燃料又は空気を含む、請求項２１に記載の制御機構。
【請求項２３】
前記制御機構はエンジンの一部であり、前記第３流体は前記エンジンの外の領域からの外気の流れを含む、請求項２２に記載の制御機構。
【請求項２４】
前記第３コントローラは、前記第１コントローラ及び前記第２コントローラと実質的に同じであり、
前記第３熱交換器は、前記セレクタによって前記第３コントローラが選択されるときに前記熱伝達を実施するように構成される、
請求項１５〜２３のうちのいずれか１つに記載の制御機構。
【請求項２５】
請求項１〜２４のうちのいずれか１つによる制御機構を組み込んだガスタービン・エンジン。
【請求項２６】
添付図面を参照して実質的に本明細書で記述された制御機構。
【請求項２７】
請求項１〜２６のうちのいずれか１つと同じ発明の範囲内にあるかどうか、又は、発明に関連するかどうかにかかわらず、本明細書で開示される任意の新規な主題又は新規な主題を含む組合せ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御機構に関する。より詳細には、本発明は、例えばガスタービン・エンジンなどのエンジン上の電力電子部品を冷却する制御機構に関するものであるが、これだけに限定されるわけではない。
【０００２】
ガスタービン・エンジンにおける多くの部品は、過熱を回避するために冷却される必要がある。場合によっては、例えば電力電子部品の場合、部品にヒートシンクを取り付けることによって冷却が達成される。ガスタービン・エンジンの多くの用途において、ヒートシンクには、熱を吸収する低温蓄熱器として動作する燃料又は空気などの流体が供給される。
【０００３】
この機構に関する問題は、エンジンの使用条件によっては、流体と冷却されるべき部品との温度差が大きくないので部品の十分な冷却を実施することができないということである。
【０００４】
本発明の一態様によれば、動作を制御する選択可能な第１コントローラと、動作を制御する選択可能な第２コントローラと、動作を制御するために、第１コントローラと第２コントローラとのうちの１つを選択するセレクタとを備える制御機構が提供される。この機構は、第１コントローラとの間で熱の伝達を実施するよう第１コントローラに関連する第１熱交換器と、第２コントローラとの間で熱の伝達を実施するよう第２コントローラに関連する第２熱交換器とを更に備える。
【０００５】
望ましくは、セレクタは、制御機構の条件に依存して前記動作を制御するよう、第１コントローラと第２コントローラとのうちの一方又は他方を選択するために設けられる。好ましくは、セレクタは、第１コントローラを選択して前記動作を機構の第１条件で制御するように、また、第２コントローラを選択して前記動作を機構の第２条件で制御するように設けられる。
【０００６】
好ましくは、第１熱交換器は、第１コントローラが選択されるときに前記熱伝達を実施するように構成される。好ましくは、第２熱交換器は、第２コントローラが選択されるときに前記熱伝達を実施するように構成される。
【０００７】
第１熱交換器は第１コントローラを冷却するように構成され得る。第２熱交換器は第２コントローラを冷却するように構成され得る。
第１コントローラは、電力電子部品であってよい電子部品を備え得る。好ましくは、第１コントローラの電子部品は少なくとも１つのトランジスタと少なくとも１つのダイオードを備えてもよい。好都合なことには、第１コントローラの１つ又はそれぞれのトランジスタは、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタである。
【０００８】
第２コントローラは、電力電子部品であってよい電子部品を備え得る。好ましくは、第２コントローラの電子部品は、少なくとも１つのトランジスタと少なくとも１つのダイオードを備えてもよい。好都合なことには、第２コントローラの１つ又はそれぞれのトランジスタは、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタである。
【０００９】
第１コントローラと第２コントローラとは互いに同じであってよい。
好ましくは、第１熱交換器は、前記熱伝達を実施する流体、好ましくは流体の流れを備えてもよい。流体は燃料又は空気を含んでもよい。
【００１０】
好ましくは、第２熱交換器は、前記熱伝達を実施する第２流体、好ましくは第２流体の流れを備える。好ましくは、第２流体は燃料又は空気を含む。
一つの実施の形態では、第１熱交換器に関連する第１流体は燃料であってよく、第２熱交換器に対する第２流体は空気であってよい。制御機構がファンを有するガスタービン・エンジンの一部である場合、空気はファンからの空気の流れであってよい。
【００１１】
一つの実施の形態では、制御機構は、セレクタによって選択され得且つ動作を制御する選択可能な第３コントローラと、第３コントローラとの間で熱の伝達を実施する第３熱交換器とを備えてもよい。
【００１２】
第３コントローラは、電力電子部品であってよい電子部品を備えてもよい。好ましくは、第３コントローラの電子部品は、少なくとも１つのトランジスタと少なくとも１つのダイオードを備えてもよい。好都合には、第３コントローラの１つ又はそれぞれのトランジスタは、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタである。
【００１３】
第３熱交換器は、第３流体、好ましくは前記熱伝達を実施する第３流体の流れを備えてもよい。第３流体は燃料又は空気を含んでもよい。第３熱交換器は第３コントローラを冷却するように構成されてもよい。
【００１４】
一つの実施の形態では、制御機構がエンジンの一部である場合、第３流体はエンジンの外部の領域からの外気の流れであってよい。
第３コントローラは第１コントローラ及び第２コントローラと同じであってよい。第３熱交換器は、第３コントローラが選択されるときに前記熱伝達を実施するように構成されるのが好ましい。
【００１５】
理解されるように、制御機構は、任意の所望の数の選択可能な更なるコントローラとその関連する熱交換器とを含んでもよい。
更なるコントローラは上述した第１コントローラ及び第２コントローラの特徴を備えていてもよく、更なる熱交換器は上述した第１熱交換器及び第２熱交換器の特徴を備えていてもよい。
【００１６】
ここで、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して、単なる例として記述する。
図１〜図３を参照すると、動作を制御する第１コントローラ１２と、前記動作を制御する第２コントローラ１４とを備える制御機構１０が図示されている。また、動作を制御するよう第１コントローラ１２と第２コントローラ１４とのうちのいずれかを選択するために、セレクタ２２が設けられる。セレクタ２２は図１と図３では明確にするために省略されているが、図２には図示されている。
【００１７】
更に、制御機構１０は、第１コントローラ１２に関連する第１熱交換器１６と、第２コントローラ１４に関連する第２熱交換器１８とを備える。第１熱交換器１６及び第２熱交換器１８は、それぞれ第１コントローラ１２及び第２コントローラ１４を冷却するために設けられる。第１コントローラ１２及び第２コントローラ１４は、正バス・バー１５Ａと負バス・バー１５Ｂとの間に接続される。
【００１８】
第１コントローラ１２及び第２コントローラ１４のそれぞれは、文字Ｔで表記されるトランジスタと文字Ｄで表記されるダイオードとの形態の複数の電力電子部品を備える。両方のコントローラ１２、１４は電力を機械巻線２０を通して送るために設けられる。
【００１９】
第１熱交換器１６は流体が供給されるヒートシンクの形態であり、図示される実施の形態の場合、流体はエンジンからの燃料の流れＦ１の形態である。第２熱交換器１８には別の流体が供給され、図示される実施の形態における第２熱交換器１８の場合、流体は空気の流れＦ２の形態であり、空気の流れＦ２はファンで送られても、エンジンの飛行サイクル期間での異なる条件に依存してエンジンの外側からの外気であってもよい。
【００２０】
第１コントローラ１２及び第２コントローラ１４の一部を形成する電子部品は、エンジンを始動させるために航空機からエンジンへの電力供給、又は、航空機操縦舵面及び着陸ギアの動作のためにエンジンから航空機への電力供給を制御するよう動作してもよいし、及び／又は、航空機内の環境管理のために圧縮空気を提供する圧縮機に電力供給してもよい。典型的には、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタその他のシリコンベースのデバイスなどの電力電子デバイスが、効率的な動作及び長寿命のために所定の温度（一般的には約１２５°Ｃ未満）に維持される必要があるこの電子回路において使用される。
【００２１】
エンジンが最大推力を生成する離陸期間には、ファンの空気は比較的高い温度にある。これは第２コントローラ１４の冷却動作を妨げる。しかし、離陸時には、燃料流量が大きく、したがって、燃料は第１熱交換器１６における相当の熱量を吸収することができる。したがって、離陸条件の下では、セレクタ２２は第１コントローラ１２を選択して巻線２０を通して電力を提供し、それによって生成された熱は、第１熱交換器１６を通る燃料の流れＦ１によって吸収されるので、電子デバイスは燃料流Ｆ１に対して熱を失い続け、そのため、最適動作に必要とされる動作温度未満の状態を維持することができる。
【００２２】
例えば、航空機が降下しているときのような低エンジン出力条件においては、燃料の流れＦ１はかなり低下するので、第１熱交換器１６によって除去される熱も少なくなる。しかし、降下条件の下では、エンジン・ファンからの空気は離陸期間より低温である。動作時における第２熱交換器１８を通るファン空気の流れＦ２と第２コントローラ１４との間に生じた温度差によって、第２熱交換器１８は第２コントローラ１４から熱を除去することができる。そのため、こうした低エンジン出力条件においては、セレクタ２２は第２コントローラ１４を選択して、巻線２０を通る電流を制御する。第２コントローラ１４は第２熱交換器１８を通る空気の流れＦ２によって冷却されるので、電子電力デバイスはファン空気の流れＦ２に対して熱を捨て続けることが可能になる。
【００２３】
こうして、図１〜図３に示すように、２つのコントローラ１２、１４と２つの熱交換器１６、１８を設けることによって、電力電子部品は異なるエンジン動作条件の期間に適切に冷却される。しかし、例えば、高出力条件からの減速のような、一時的なエンジン操作期間の或る条件下では、燃料の流れＦ１及びファン空気の流れＦ２は減少するので、除去されるべき残りの熱を吸収できるレベルまでファン空気の温度が低下する前に、電子デバイスから捨てられた全ての熱を吸収することができなくなる場合がある。こうした場合、第３コントローラ２４と第３熱交換器２６と第３コントローラ２４から熱を除去する第３流体Ｆ３とを組み込むことが必要になる場合がある。第３コントローラ２４は正バス・バー１５Ａと負バス・バー１５Ｂの間に接続される。第３コントローラ２４、第３熱交換器２６及び第３流体Ｆ３のこの機構は、図４に示す、第１コントローラ１２、第２コントローラ１４、第１熱交換器１６、第２熱交換器１８、第１流体Ｆ１及び第２流体Ｆ２の機構と同じである。第３流体Ｆ３は、例えば、エンジンの周囲からの外気の流れである。
【００２４】
ここで、図示された特定の実施の形態を一層具体的に述べることにする。図１〜図３を参照すると、第１コントローラ１２は複数のトランジスタとダイオードとを備え、トランジスタはそれぞれＴ１Ｆ、Ｔ２Ｆ、Ｔ３Ｆ、Ｔ４Ｆと表記され、ダイオードはそれぞれＤ１Ｆ、Ｄ２Ｆ、Ｄ３Ｆ、Ｄ４Ｆと表記され、表示Ｆは部品が第１熱交換器１６における燃料の流れＦ１によって冷却されることを示す。第２コントローラ１４はトランジスタとダイオードの同じ機構を備え、トランジスタはそれぞれＴ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４Ａと表記され、ダイオードはそれぞれＤ１Ａ、Ｄ２Ａ、Ｄ３Ａ、Ｄ４Ａと表記され、表示Ａは部品がファン空気の流れＦ２によって冷却されることを示す。
【００２５】
電流は、矢印Ａによって示すように巻線２０を通って左から右へ流れることができ、又は、矢印Ｂによって示すように巻線２０を通って右から左へ流れることができる。
冷却が燃料の流れＦ１によって実施され得ることが望ましい、エンジンの所定の第１条件の期間には、セレクタ２２の例えば離陸時での選択動作により第１コントローラ１２が選択される。電流を矢印Ａによって示す方向に巻線２０を通って流すために、トランジスタＴ１Ｆ、Ｔ２Ｆがオンに切り換えられる。トランジスタＴ１Ｆ、Ｔ２Ｆがオフに切り換えられるならば、ダイオードＤ３Ｆ、Ｄ３Ａ、Ｄ４Ｆ、Ｄ４Ａを通る電流の一時的な流れが存在することになる。電流を矢印Ｂの方向に流すために、トランジスタＴ３Ｆ、Ｔ４Ｆがオンに切り換えられる。トランジスタＴ３Ｆ、Ｔ４Ｆがオフに切り換えられるならば、ダイオードＤ１Ｆ、Ｄ１Ａ、Ｄ２Ｆ、Ｄ２Ａを通る電流の一時的な流れが存在することになる。
【００２６】
例えば降下期間に冷却をファン空気の流れによって実施できることが望まれる、エンジンの異なる条件の期間には、切り換え用のセレクタ２２は第２コントローラ１４を選択する。電流を矢印Ａの方向に巻線２０を通って流すために、トランジスタＴ１Ａ、Ｔ２Ａがオンに切り換えられる。トランジスタＴ１Ａ、Ｔ２Ａがオフに切り換えられる場合、ダイオードＤ３Ｆ、Ｄ３Ａ、Ｄ４Ｆ、Ｄ４Ａを通る電流の一時的な流れが存在することになる。電流を矢印Ｂの方向に流すために、トランジスタＴ３Ａ、Ｔ４Ａがオンに切り換えられる。トランジスタＴ３Ａ、Ｔ４Ａをオフに切り換えることによって、ダイオードＤ１Ｆ、Ｄ１Ａ、Ｄ２Ｆ、Ｄ２Ａを通る電流の一時的な流れが生じることになる。
【００２７】
図２を参照すると、制御機構１０が再び図示されている。しかし、図２では、トランジスタとダイオードとの間の接続は、明確にするために省略されている。代わりにセレクタ２２が図示されている。セレクタ２２は適宜の接続２２Ａによって各トランジスタＴ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４Ａ、Ｔ１Ｆ、Ｔ２Ｆ、Ｔ３Ｆ、Ｔ４Ｆに接続される。所望の１つの又は複数のトランジスタをオンに切り換える、すなわち選択するために、適宜の接続２２Ａに沿って所定のそれぞれの電流をそれぞれのトランジスタに伝達してトランジスタをオン又はオフに切り換える。
【００２８】
第１コントローラ１２又は第２コントローラ１４が選択される条件は、次の条件、すなわち、トランジスタの温度測定値と、燃料の流量及び温度などの測定されたエンジン・パラメータと、コントローラ内のコンピュータ・モデルによって他の測定されたエンジン・パラメータ及び環境パラメータから計算された、冷却空気の流量及び温度などのエンジン・パラメータとのうちの１つ以上の条件に基づく。
【００２９】
状況により、セレクタ２２は、第１コントローラと第２コントローラとを選択してもよい。こうした状況では、電流が巻線２０を通って矢印Ａの方向に流れるように、トランジスタＴ１Ｆ、Ｔ１Ａ、Ｔ２Ｆ、Ｔ２Ａがオンに切り換えられる。電流を矢印Ｂの方向に流すために、トランジスタＴ３Ｆ、Ｔ３Ａ、Ｔ４Ｆ、Ｔ４Ａがオンに切り換えられる。
【００３０】
図４は、上述したように第３コントローラ２４が設けられる制御機構１０の更なる実施の形態を示す。図４に示す実施の形態は、図１〜図３に示す実施の形態の全ての特徴を含んでおり、これらの特徴は同一の参照数字で指示されている。
【００３１】
第３コントローラ２４は複数のトランジスタとダイオードとを備え、トランジスタはそれぞれＴ１Ａ２、Ｔ２Ａ２、Ｔ３Ａ２、Ｔ４Ａ２と表記され、ダイオードはそれぞれＤ１Ａ２、Ｄ２Ａ２、Ｄ３Ａ２、Ｄ４Ａ２と表記され、表示Ａ２は部品がエンジンの周囲から取得される外気流によって冷却されることを示している。
【００３２】
第３コントローラ２４が選択されるのは、燃料の流れＦ１及びファン空気の流れＦ２が小さ過ぎて電子部品からの熱を吸収することができないときである。巻線２０を通る電流の矢印Ａの方向への流れを可能にするために、トランジスタＴ１Ａ２、Ｔ２Ａ２がオンに切り換えられる。電流を矢印Ｂの方向に流すために、トランジスタＴ３Ａ２、Ｔ４Ａ２がオンに切り換えられる。
【００３３】
本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、例えば、熱交換器における冷却流体として、異なる流体を使用することができる。更に、電子部品は上述のものと異なってもよい。
【００３４】
本明細書においては、特に重要であると考えられる本発明の特徴に対して注意を引くべく努力したが、理解されるように、出願人は、重点が置かれたか否かにかかわらず、明細書で言及した及び／又は図示された、任意の特許性のある特徴又はその組合せに関して保護を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】制御機構の実施の形態の略図である。
【図２】図１に示す実施の形態の更なる略図である。
【図３】図１及び図２に示す実施の形態の別の略図である。
【図４】別の実施の形態の略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2007515784.tif 000007
2007515784.tif 000008
2007515784.tif 000009