(57)【要約】      （修正有）【課題】改良された熱伝達能力および構造剛性を有する積層造形された熱交換器および熱交換器を積層造形するための方法を提供する。【解決手段】熱交換器１００は、複数の熱交換バンク１１０が内部に積み重ねられた流路１０４を画定するハウジング１０２を含む。各熱交換バンク１１０は、中央マニホールド１１４に近接する第１の端部から外側に半径方向Ｒに沿って環状外側マニホールド１１２に近接する第２の端部に向かって延在する格子構造を形成する複数の熱交換チューブ１１６を含む。中央マニホールド１１４および環状外側マニホールド１１２は、隣接する熱交換バンク１１０の熱交換チューブ１１６を交互に流体結合して、熱交換流体の流れのための蛇行流路を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）、および円周方向（Ｃ）を規定する熱交換器（１００）であって、前記熱交換器（１００）は、
流路（１０４）を画定するハウジング（１０２）と、
前記流路（１０４）内に前記軸方向（Ａ）に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク（１１０）と、を含み、前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々は、
第１の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する環状外側マニホールド（１１２）と、
第２の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する中央マニホールド（１１４）と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド（１１２）と前記中央マニホールド（１１４）との間に延在する複数の熱交換チューブ（１１６）と
を含む、熱交換器（１００）。
【請求項２】
前記熱交換バンク（１１０）のうちの１つまたは複数は入口バンク（１４２）であり、前記熱交換バンク（１１０）のうちの１つまたは複数は排出バンク（１４６）であり、前記熱交換器（１００）は、
前記ハウジング（１０２）によって画定され、前記入口バンク（１４２）の前記環状外側マニホールド（１１２）と直接流体連通する入口マニホールド（１５０）と、
前記ハウジング（１０２）によって画定され、前記排出バンク（１４６）の前記環状外側マニホールド（１１２）と直接流体連通する出口マニホールド（１５４）と、
をさらに含む、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項３】
前記入口マニホールド（１５０）および前記出口マニホールド（１５４）は、前記軸方向（Ａ）に沿って離間している、請求項２に記載の熱交換器（１００）。
【請求項４】
前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々は、実質的に前記半径方向（Ｒ）に沿って前記流路（１０４）を通って延在し、前記軸方向（Ａ）に沿って積み重ねられた場合に、隣接する熱交換バンク（１１０）と共に蛇行流路（１０４）を形成する、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項５】
前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々の前記中央マニホールド（１１４）は、中心軸（１０６）に沿って延在し、前記軸方向（Ａ）に沿ってバルクヘッド（１３０）によって交互に分離されている、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項６】
前記複数の熱交換チューブ（１１６）の各々は、前記環状外側マニホールド（１１２）に向かって減少する断面積を画定する、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項７】
前記格子構造は、
第１の複数の前記熱交換チューブ（１１６）によって画定され、前記半径方向（Ｒ）に沿った第１の半径（１７４）で画定された第１の軌道内に配置された第１の複数のセル（１７０）であって、前記第１の複数のチューブの各々が第１の有効流れ面積を画定する、第１の複数のセル（１７０）と、
第２の複数の前記熱交換チューブ（１１６）によって画定され、前記半径方向（Ｒ）に沿った第２の半径（１８０）で画定された第２の軌道内に配置された第２の複数のセル（１７６）であって、前記第２の複数のチューブの各々が第２の有効流れ面積を画定する、第２の複数のセル（１７６）と、を含み、前記第１の複数のチューブと前記第２の複数のチューブとの間の関係は、前記熱交換器（１００）内の圧力損失を最小にすることを目的とする数学的モデルによって支配される、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項８】
前記格子構造は六角形のセルのアレイを含む、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項９】
前記格子構造は複数の接合部（１９０）を含み、各接合部（１９０）は、約１２０度の角度で分離された前記複数の熱交換チューブ（１１６）のうちの３つを接合する、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項１０】
前記格子構造は、複数の接合部（１９０）を含み、前記複数の接合部（１９０）の各々は、１つまたは複数の入口チューブと、１つまたは複数の出口チューブと、を含み、前記１つまたは複数の入口チューブの断面積の合計は、前記１つまたは複数の出口チューブの断面積の合計に実質的に等価である、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項１１】
隣接する熱交換バンク（１１０）の前記格子構造は、熱交換流体の流れが前記流路（１０４）内の前記熱交換チューブ（１１６）に曝されることを増加させるように、互い違いに配置される、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項１２】
前記環状外側マニホールド（１１２）は、２つの隣接する熱交換バンク（１１０）を橋絡して、前記２つの隣接する熱交換バンク（１１０）の間の流体連通を提供する、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項１３】
前記ハウジング（１０２）および前記複数の熱交換バンク（１１０）は、単一のモノリシック構成要素として一体的に形成される、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項１４】
前記熱交換器（１００）は複数の層を含み、前記複数の層は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させることと、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させることと、
によって形成される、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項１５】
熱交換器（１００）を製造する方法（２００）であって、前記方法（２００）は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップ（２１０）と、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させ、前記熱交換器（１００）を形成するステップ（２２０）と、を含み、前記熱交換器（１００）は、軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）、および円周方向（Ｃ）を規定し、前記熱交換器（１００）は、
流路（１０４）を画定するハウジング（１０２）と、
前記流路（１０４）内に前記軸方向（Ａ）に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク（１１０）と、を含み、前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々は、
第１の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する環状外側マニホールド（１１２）と、
第２の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する中央マニホールド（１１４）と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド（１１２）と前記中央マニホールド（１１４）との間に延在する複数の熱交換チューブ（１１６）と
を含む、方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般に、熱交換器に関し、より具体的には、改良された熱伝達能力および構造剛性を有する積層造形された熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、１つまたは複数の流体間で熱を伝達するための温度管理システムと共に使用することができる。例えば、比較的高い温度の第１の流体を、第１の流路に通すことができる一方で、比較的低い温度の第２の流体を第２の流路に通すことができる。第１および第２の流路は、熱接触または近接していてもよく、第１の流体からの熱を第２の流体に通すことができる。このようにして、第１の流体の温度を下げることができ、第２の流体の温度を高めることができる。
【０００３】
従来からの熱交換器は、多数の流路を含んでおり、各々の流路は、プレート、バー、フォイル、フィン、マニホールド、支持構造体、取り付けフランジなどの何らかの組み合わせを使用して形成される。これらの部品の各々を、個別に位置決めし、方向付けし、例えばろう付け、溶接、または他の接合方法によって支持構造体に接続しなければならない。このような熱交換器の組み立てに関連する製造時間およびコストはきわめて大きく、流路間の流体の漏れまたは全体としての熱交換器からの流体の漏れの可能性が、形成される接合部の数に起因して増大する。さらに、製造上の制限により、例えば流路の内部など、熱交換器に取り入れることができる熱交換器の特徴および構造部品の数、サイズ、および構成が制約される。
【０００４】
したがって、改善された熱交換器を有する温度管理システムが有用であろう。より具体的には、製造がより容易であり、熱的および構造的性能を向上させるための特徴を含む温度管理システム用の熱交換器が特に有益であろう。
【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２０１７／０１３１０３４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００７】
本開示の１つの例示的な実施形態では、軸方向、半径方向、および円周方向を規定する熱交換器が提供される。熱交換器は、流路を画定するハウジングと、流路内で軸方向に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンクと、を含む。複数の熱交換バンクの各々は、第１の隣接する熱交換バンクと流体連通する環状外側マニホールドと、第２の隣接する熱交換バンクと流体連通する中央マニホールドと、を含む。複数の熱交換チューブは、格子構造に構成され、環状外側マニホールドと中央マニホールドとの間に延在する。
【０００８】
本開示の別の例示的な態様では、熱交換器を製造する方法が提供される。本方法は、積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップと、付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、付加材料の一部を融着させ、熱交換器を形成するステップと、を含む。熱交換器は、軸方向、半径方向、および円周方向を規定する。熱交換器は、流路を画定するハウジングと、流路内で軸方向に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンクと、を含む。複数の熱交換バンクの各々は、第１の隣接する熱交換バンクと流体連通する環状外側マニホールドと、第２の隣接する熱交換バンクと流体連通する中央マニホールドと、を含む。複数の熱交換チューブは、格子構造に構成され、環状外側マニホールドと中央マニホールドとの間に延在する。
【０００９】
本開示のさらに別の例示的な態様では、軸方向、半径方向、および円周方向を規定する熱交換器が提供される。熱交換器は、流路を画定するハウジングと、流路内で軸方向に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンクと、を含む。複数の熱交換バンクの各々は、格子構造で構成され、第１の端部から外側に半径方向に沿って第２の端部に向かって延在する複数の熱交換チューブを含む。１つまたは複数の環状外側マニホールドは、隣接する熱交換バンクの第２の端部を流体結合し、１つまたは複数の中央マニホールドは、隣接する熱交換バンクの第１の端部を流体結合する。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本主題の例示的な実施形態による積層造形された熱交換器の斜視図である。
【図２】図１の例示的な熱交換器の正面図である。
【図３】図１の例示的な熱交換器の、図１の線３−３に沿った断面図である。
【図４】図１の例示的な熱交換器の、図１の線４−４に沿った断面図である。
【図５】図１の例示的な熱交換器の別の断面図である。
【図６】図１の例示的な熱交換器の、図１の線６−６に沿った断面図であり、例示的な熱交換器を通る第１の熱交換流体および第２の熱交換流体の流れを概略的に示す。
【図７】本主題の例示的な実施形態による熱交換モジュールの正面図である。
【図８】図７の例示的な熱交換モジュールの側面図である。
【図９】図１の例示的な熱交換器の熱交換バンクの部分概略図であり、例示的な実施形態による熱交換チューブの近似的な断面積を示す整数値を含む。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による熱交換器を製造する方法を示す図である。
【００１３】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本発明の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による記号を用いる。図面および説明の中で同じまたは類似の記号は、本発明の同じまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「前方」および「後方」という用語は、温度管理システム内の相対位置を指し、前方は構成要素の入口に近い位置を指し、後方は構成要素の排気に近い位置を指す。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。さらに、本明細書において使用されるとき、「約」、「実質的に」、または「ほぼ」などといった近似の用語は、１０パーセントの誤差範囲内であることを指す。
【００１５】
本明細書で使用される「流体」は、気体または液体であり得る。本方法は、使用される流体の種類によって制限されない。好ましい用途では、冷却する流体は空気であり、冷却された流体はオイルである。本手法は、他のタイプの液体および気体の流体について用いることができ、ここで冷却された流体および冷却する流体は同じ流体または異なる流体である。冷却される流体および冷却する流体の他の例は、燃料、作動液、燃焼ガス、冷媒、冷媒混合物、冷却電子機器または他の航空機電子システム用の誘電流体、水、水性化合物、不凍添加剤（例えば、アルコールまたはグリコール化合物）と混合された水、および上昇したまたは低下した温度で持続的な熱輸送が可能な任意の他の有機または無機熱伝達流体または流体混合物を含む。
【００１６】
本開示は、一般に、熱交換器、および熱交換器を積層造形するための方法に関する。熱交換器は、複数の熱交換バンクが内部に積み重ねられた流路を画定するハウジングを含む。各熱交換バンクは、中央マニホールドに近接する第１の端部から外側に半径方向に沿って環状外側マニホールドに近接する第２の端部に向かって延在する格子構造を形成する複数の熱交換チューブを含む。中央マニホールドおよび環状外側マニホールドは、隣接する熱交換バンクの熱交換チューブを交互に流体結合して、熱交換流体の流れのための蛇行流路を形成する。
【００１７】
図１を参照して、積層造形された熱交換器１００を、本主題の例示的な実施形態に従って説明する。熱交換器１００は、任意の適切な用途において２つ以上の流体間で熱を伝達するために使用することができる。例えば、熱交換器１００は、ガスタービンエンジン内のオイルから空気へまたは２つの空気流の間で熱を伝達するように構成することができる。しかし、熱交換器１００は、その例が本明細書に記載される熱伝達プロセスに使用するための任意の適切な数およびタイプの流体を受け入れるように構成することができることを理解されたい。加えて、本明細書に開示される概念および熱交換構造は、流体間の熱伝達を支援するために、自動車、航空、海洋、および他の産業において同様に使用することができる。さらに、図１は、その一般的な動作を説明するために熱交換器１００の例示的な実施形態を示しているが、熱交換器１００のサイズ、形状、および構成は、本主題の範囲を限定することを意図するものではない。例えば、流路のサイズ、形状、数、および構成は、本主題の範囲内に留まりながら、変化してもよい。
【００１８】
一般に、本明細書に記載の熱交換器１００の例示的な実施形態は、任意の適切なプロセスを使用して製造または形成することが可能である。しかしながら、本主題のいくつかの態様によれば、熱交換器１００は、３−Ｄ印刷プロセスなどの積層造形プロセスを使用して形成することができる。そのようなプロセスを使用することにより、熱交換器１００を単一のモノリシックな構成要素として、または任意の適切な数の下位構成要素として一体的に形成することができる。特に、この製造プロセスにより、熱交換器１００を一体的に形成することができ、従来の製造方法を使用する場合には不可能な様々な特徴を含むことができる。例えば、本明細書に記載の積層造形方法は、これまでの製造方法を用いたのでは不可能な種々の特徴、構成、厚さ、材料、密度、流路、および取り付け構造を有する熱交換器の製造を可能にする。これらの新規な特徴のいくつかが本明細書に記載されている。
【００１９】
本明細書で使用する場合、「積層造形された」または「積層造形技法またはプロセス」という用語は、一般に、材料の連続する層が互いの上に設けられて、層ごとに三次元構成要素を「ビルドアップ」する製造プロセスを指す。連続する層が一般に互いに融着して、様々な一体的な下位構成要素を有することができるモノリシックな構成要素を形成する。積層造形技術は、本明細書では、典型的には垂直方向に層ごとに一点ごとに対象物を構築することによって複雑な対象物の製造を可能にするものとして説明されているが、他の製造方法も可能であり、それは本主題の範囲内である。例えば、本明細書における説明は連続する層を形成するための材料の付加を指すが、本明細書に開示した方法および構造は、任意の積層造形技法または積層造形技術を用いて実施できることを当業者は理解するであろう。例えば、本発明の実施形態は、層アディティブ処理、層サブトラクティブ処理、またはハイブリッド処理を使用することができる。
【００２０】
本開示による適切な積層造形技法には、例えば、融着堆積モデリング（ＦＤＭ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、インクジェットおよびレーザージェットなどの３Ｄ印刷、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、直接選択的レーザー焼結（ＤＳＬＳ）、電子ビーム焼結（ＥＢＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、レーザーエンジニアリングネットシェイピング（ＬＥＮＳ）、レーザーネットシェイプ製造（ＬＮＳＭ）、直接金属堆積（ＤＭＤ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）、直接選択的レーザー溶融（ＤＳＬＭ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）、ならびに他の公知のプロセスが含まれる。
【００２１】
本明細書に記載した積層造形プロセスは、任意の適切な材料を使用して構成要素を形成するために使用することができる。例えば、材料は、プラスチック、金属、コンクリート、セラミック、ポリマー、エポキシ、フォトポリマー樹脂、あるいは固体、液体、粉末、シート材、ワイヤ、または任意の他の適切な形態であってもよい任意の他の適切な材料とすることができる。より具体的には、本主題の例示的な実施形態によれば、本明細書に記載の積層造形された構成要素を、これらに限られるわけではないが、純金属、ニッケル合金、クロム合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ならびにニッケルまたはコバルト系超合金（例えば、Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）という名称で入手可能な超合金）などの材料で部分的または完全に形成でき、あるいはこれらの材料の何らかの組み合わせにて形成することができる。これらの材料は、本明細書に記載の積層造形プロセスでの使用に適した材料の例であり、一般に「付加材料」と呼ばれることがある。
【００２２】
加えて、当業者であれば理解するように、それらの材料を結合するための様々な材料および方法を用いることができ、かつ、これらは本開示の範囲内にあることが意図される。本明細書で用いられる「融着」への言及は、上記の材料のいずれかの結合層を作製するための任意の適切なプロセスを指すことができる。例えば、対象物がポリマーから作製されている場合には、融着は、ポリマー材料間の熱硬化性結合を生成することを指すことができる。対象物がエポキシである場合には、結合は架橋プロセスにより形成することができる。材料がセラミックである場合には、結合は焼結プロセスにより形成することができる。材料が粉末状の金属である場合、接合は溶融または焼結プロセスによって形成することができる。当業者であれば、積層造形により部品を作製するために材料を融着させる他の方法が可能であり、ここで開示する主題をそれらの方法で実施することができることを理解するであろう。
【００２３】
加えて、本明細書に開示する積層造形プロセスは、単一の構成要素を複数の材料から形成することを可能にする。したがって、本明細書に記載される構成要素を上記の材料の任意の適切な混合物から形成することができる。例えば、構成要素は、異なる材料、プロセス、および／または異なる積層造形装置を用いて形成された複数の層、セグメント、または部品を含むことができる。このようにして、任意の特定の用途の要求を満たすための異なる材料および材料特性を有する構成要素を製作することができる。さらに、本明細書に記載の構成要素は、全体が積層造形プロセスによって製作されているが、代案の実施形態において、これらの構成要素のすべてまたは一部分が、鋳造、機械加工、および／または任意の他の適切な製造プロセスによって形成されてもよいことを理解されたい。実際、これらの構成要素を形成するために、材料および製造方法の任意の適切な組み合わせを使用することができる。
【００２４】
例示的な積層造形プロセスについてここで説明する。積層造形プロセスは、構成要素の３次元（３Ｄ）情報、例えば３次元コンピュータモデルを使用して部品を製造する。したがって、構成要素の３次元設計モデルを製造前に定義することができる。この点に関して、構成要素のモデルまたはプロトタイプをスキャンして、構成要素の３次元情報を決定することができる。別の例として、構成要素のモデルは、構成要素の三次元設計モデルを定義するのに適切なコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムを使用して構成することができる。
【００２５】
設計モデルは、構成要素の外面および内面の両方を含む構成要素の構成全体の３Ｄ数値座標を含むことができる。例えば、設計モデルは、本体、表面、および／または開口部、支持構造体などの内部流路を画定することができる。１つの例示的な実施形態では、３次元設計モデルは、例えば構成要素の中心（例えば、垂直）軸または任意の他の適切な軸に沿って複数のスライスまたはセグメントに変換される。各スライスは、スライスの所定の高さについての構成要素の薄い断面を画定することができる。複数の連続する断面スライスが共に３Ｄ構成要素を形成する。その後、構成要素は、完了するまでスライスごとに、または層ごとに「ビルドアップ」される。
【００２６】
このようにして、本明細書に記載された構成要素は、積層造形プロセスを用いて製造することができ、より具体的には、例えば、レーザーエネルギーまたは熱を用いてプラスチックを融着または重合することによって、または金属粉末を焼結または溶融することによって、各層が連続的に形成される。例えば、特定の種類の積層造形プロセスは、粉末材料を焼結し、あるいは溶融させるために、エネルギービーム、例えば電子ビームまたはレーザービームなどの電磁放射線を使用する。出力、レーザービームのスポットサイズ、およびスキャン速度に関する考慮事項など、任意の適切なレーザーおよびレーザーパラメータを使用することができる。構築材料は、特に高温での強化された強度、耐久性、および耐用年数のために選択された任意の適切な粉末または材料によって形成されてもよい。
【００２７】
各連続層は、例えば、約１０μｍ〜２００μｍであってもよいが、厚さは、任意の数のパラメータに基づいて選択することができ、代替的な実施形態によれば任意の適切なサイズであってもよい。したがって、上述の積層造形法を利用して、本明細書に記載の構成要素は、例えば１０μｍなど、積層造形プロセスにおいて利用される関連する粉末層の１つの厚さと同様の薄さの断面を有することができる。
【００２８】
さらに、積層造形プロセスを利用して、構成要素の表面仕上げおよび特徴は、用途によって必要に応じて変えることができる。例えば、表面仕上げを、積層造形プロセスの最中に、とりわけ部品表面に対応する断面層の周辺部において、適切なレーザースキャンパラメータ（例えば、レーザー出力、スキャン速度、レーザー焦点スポットサイズ、など）を選択することによって調整する（例えば、より平滑にし、あるいはより粗くする）ことができる。例えば、レーザースキャン速度を増加させるか、または形成された溶融プールのサイズを小さくすることによって粗い仕上げを達成することができ、レーザースキャン速度を減少させるか、または形成された溶融プールのサイズを大きくすることによって、より滑らかな仕上げを達成することができる。スキャンパターンおよび／またはレーザー出力を変更して、選択された領域の表面仕上げを変えることもできる。
【００２９】
特に、例示的な実施形態では、本明細書に記載された構成要素のいくつかの特徴は、以前は製造上の制約のため不可能であった。しかしながら、本発明の発明者らは、積層造形技法における最新の進歩を有利に利用して、概ね本開示によるこのような構成要素の例示的な実施形態を開発した。本開示は、これらの構成要素を一般的に形成するための積層造形の使用に限定されないが、積層造形は、製造の容易性、コストの低減、精度の向上などを含む、様々な製造上の利点を提供する。
【００３０】
この点に関し、積層造形方法を利用し、複数の部分からなる構成要素でさえも、連続的な金属の単一片として形成することができ、したがって含まれる下位構成要素および／または接合部を、これまでの設計と比べて少なくすることができる。積層造形によるこれらの複数部分からなる構成要素の一体的形成は、全体としての組み立てプロセスを有利に改善し得る。例えば、一体的形成は、組み立てなければならない別個の部品の数を減らすことにより、関連の時間および全体としての組み立てコストを低減する。さらに、例えば、漏れ、別個の部品間の接合品質、および全体の性能に関する既存の問題は、有利に低減され得る。
【００３１】
また、上述の積層造形方法は、本明細書に記載の構成要素のきわめて複雑で入り組んだ形状および輪郭を可能にする。例えば、そのような構成要素は、薄い積層造形された層および一体的なコレクタマニホールドを有する独特な流路を含むことができる。加えて、積層造形プロセスは、構成要素の異なる部分が異なる性能特性を示すことができるように、異なる材料を有する単一の構成要素の製造を可能にする。製造プロセスの連続的で付加的な性質は、これらの新規な特徴の構築を可能にする。結果として、本明細書に記載の構成要素は、改善された熱伝達効率および信頼性を示すことができる。
【００３２】
ここで、図１および図２を参照して、本主題の例示的な実施形態による熱交換器１００について説明する。これに関して、図１および図２は、それぞれ熱交換器１００の斜視図および正面図を示す。図示するように、熱交換器１００は、一般的に、軸方向Ａ、半径方向Ｒ、および円周方向Ｃを画定する。熱交換器１００は、一般的に、軸方向Ａに沿って延在する流路１０４を画定するハウジング１０２を含む。図示した実施形態によれば、ハウジング１０２は、軸方向Ａに沿って延在する中心軸１０６を画定する円形断面を画定する。このようにして、流路１０４は、細長い円筒形であり、例えば、熱交換プロセスを容易にするために、既存のパイプまたは円形の導管内に嵌合するか、またはそれらを取り替えるために使用することができる。しかし、代替的な実施形態によれば、ハウジング１０２は、任意の適切なサイズまたは形状であってもよいことを理解されたい。例えば、ハウジング１０２は、非円形断面を有してもよく、熱交換器１００が非線形流路に嵌合できるように湾曲した中心軸１０６を有してもよい。
【００３３】
熱交換器１００は、中心軸１０６、すなわち図示する実施形態では軸方向Ａに沿った流路１０４内に積み重ねられた複数の熱交換バンク１１０をさらに含む。各熱交換バンク１１０は、第１の隣接する熱交換バンク１１０、例えば隣接する上流バンク１１０と流体連通する環状外側マニホールド１１２を含む。さらに、各熱交換バンク１１０は、第２の隣接する熱交換バンク、例えば隣接する下流バンク１１０と流体連通する中央マニホールド１１４を含む。複数の熱交換チューブ１１６は、格子構造で構成され、環状外側マニホールド１１２と中央マニホールド１１４との間に延在する。
【００３４】
ここで図３〜図５を参照すると、熱交換器１００の断面図が示されている。より具体的には、図３は図１の線３−３に沿った断面図であり、図４は線４−４に沿った断面図であり、図５はそれら２つの断面線の間のどこかで取られた断面図である。図示するように、各熱交換チューブ１１６は、中央マニホールド１１４に近接する中央開口部または中央ポート１２０の間で、実質的に半径方向Ｒに沿って外側マニホールド１１２に近接する外側開口部または外側ポート１２２に向かって外側に延在する。
【００３５】
ここで図６を簡単に参照すると、熱交換器１００の概略断面図が図１の線６−６に沿って示されている。図示するように、熱交換器１００は、互いに隣接して積み重ねられた複数の熱交換バンク１１０を含む。さらに、熱交換器１００は、例えば、熱交換流体の流れを熱交換チューブ１１６に戻すために、交互の熱交換バンク１１０の中央マニホールド１１４の間に配置された複数のバルクヘッド１３０を画定する。このようにして、熱交換バンク１１０の中央マニホールド１１４は、中心軸１０６に沿って延在し、軸方向Ａに沿ってバルクヘッド１３０によって交互に分離される。
【００３６】
同様に、図６に最もよく示されているように、環状外側マニホールド１１２は、２つの隣接する熱交換バンク１１０を橋絡して、２つの隣接する熱交換バンク１１０の間の流体連通を提供するように構成される。図示するように、熱交換バンク１１０は、実質的に半径方向Ｒに沿って流路１０４を通って延在する。互いに隣接して積み重ねられ、本明細書に記載するように外側マニホールド１１２およびバルクヘッド１３０を用いて結合されると、熱交換バンク１１０は蛇行流路を形成する。このようにして、熱交換バンク１１０内の熱交換流体は、各パスの間に複数の熱交換チューブ１１６から単一のそれぞれの環状外側マニホールド１１２および単一の中央マニホールド１１４に流れる。次いで、熱交換流体は、熱交換チューブ１１６を通って戻る前に互いに混合され、熱交換流体の流れの中の均一な温度分布および熱伝達効率の向上を保証する。
【００３７】
ここで図１および図６を全体的に参照すると、熱交換バンク１１０は、流路１０４から流体的には隔離されているが流路１０４内を流れる流体とは熱伝達するように流路１０４内に配置される。より具体的には、ハウジング１０２は、本明細書では入口バンク１４２と呼ばれる、第１の熱交換バンク１１０の上流に位置する第１の流体入口１４０と、本明細書では排出バンク１４６と呼ばれる、最後の熱交換バンク１１０の下流に位置する第１の流体出口１４４と、を含む。第１の熱交換流体１４８の流れは、第１の流体入口１４０を通って流れ、第１の流体出口１４４を通過するまで、軸方向Ａに沿って流路１０４および熱交換バンク１１０を通過することができる。
【００３８】
さらに、例示的な実施形態によれば、ハウジング１０２は、第２の流体入口１５２を画定する入口マニホールド１５０と、第２の流体出口１５６を画定する出口マニホールド１５４と、を画定する。図示するように、入口マニホールド１５０は、第２の熱交換流体１５８の流れを入口バンク１４２に供給するために、入口バンク１４２と流体連通している。第２の熱交換流体１５８の流れは、排出バンク１４６および第２の流体出口１５６を通って熱交換器１００を出る前に、熱交換バンク１１０を蛇行して通過する。任意の適切な数の熱交換バンク１１０を中心軸１０６に沿って積み重ね、入口マニホールド１５０および出口マニホールド１５４を軸方向Ａに沿って離間して配置して、熱交換流体を供給し受け取ることができる。さらに、代替的な実施形態によれば、熱交換器１００は、必要に応じて熱交換流体の流れを制御するために、複数の入口マニホールド１５０および／または出口マニホールド１５４を含むことができることを理解されたい。あるいは、流体の供給およびリターンパイプを使用してもよいし、熱交換流体を他の適切な方法で循環させてもよい。
【００３９】
本明細書では、熱交換器１００は、実質的に軸方向Ａに沿った熱交換流体１４８の第１の流れと、実質的に半径方向Ｒに沿った（すなわち、軸方向Ａに垂直な）熱交換流体１５８の第２の流れと、を通すものとして説明される。このようにして、熱交換器１００は、流れが互いに直交し、交差流熱交換配置になるように構成される。しかし、ハウジング１０２および流路１０４に対する熱交換チューブ１１６の方向性の向きは、本主題の範囲内に留まりながら、変化し得ることを理解されたい。これに関連して、代替的な実施形態によれば、熱交換チューブ１１６は、平行流配置、または任意の他の適切な向きに、流路１０４と共に別の交差流の向きに構成することができる。さらに、上で詳細に説明したように、任意の適切な代替的な熱交換流体を使用することができる。
【００４０】
さらに、連続する各熱交換バンク１１０は、流路１０４を通る軸方向Ａに沿って熱交換流体１５８の第２の流れを中断するようにクロックされてもよい。このような構成は、シンク側圧力降下を犠牲にして熱伝達を改善することができる。対照的に、さらに別の実施形態によれば、熱交換バンク１１０は、例えば流路１０４内の流れ損失および圧力降下を低減するために、軸方向Ａに沿って均一に配向されてもよい。例示的な実施形態によれば、隣接する熱交換バンク１１０が互い違いになるかまたはオフセットされる角度は、数式によって、またはランダムに決定されてもよい。
【００４１】
熱交換チューブ１１６は、熱交換流体１４８、１５８の流れの圧力損失を最小限に抑えながら、熱伝達の向上を容易にするのに適した任意のサイズおよび形状とすることができる。例えば、図示した実施形態によれば、熱交換チューブ１１６は、実質的に円形の断面輪郭を有する。しかし、代替的な実施形態によれば、楕円形の断面または変化するもしくは波状の断面形状などの、任意の他の適切な断面形状を使用することができる。例えば、断面を翼形（例えば、涙滴の形状に類似する）にすることができる。
【００４２】
さらに、熱交換チューブ１１６は、熱交換流体の間の熱接触および熱交換器１００の熱効率を改善する格子構造を形成するように、各熱交換バンク１１０内で相互接続され、および／または織り合わされてもよい。例えば、図示した実施形態によれば、各熱交換バンク１１０の熱交換チューブ１１６は、格子構造に形成される。より具体的には、図２に最もよく示されているように、格子構造は、熱交換チューブ１１６によって画定された複数のセルを含み、各セルは、例示的な実施形態に従って以下により詳細に説明するように、複数の軌道のうちの１つに配置されている。例示的な実施形態によれば、セルの各直線部分は「ブランチ」を構成するが、代替的な実施形態により非直線部分が使用されてもよい。
【００４３】
図２を参照すると、熱交換バンク１１０の格子構造は、第１の複数の熱交換チューブ１１６によって画定される第１の複数のセル１７０を含む。特に、第１の複数のセル１７０は、第１の半径１７４で半径方向Ｒに沿って概ね画定された第１の軌道１７２内に配置される。同様に、第２の複数のセル１７６は、第２の半径１８０で画定される第２の軌道１７８内に配置され、第３の複数のセル１８２は、第３の半径１８６の第３の軌道１８４内に配置される、などである。
【００４４】
特に、以下でより詳細に説明するように、様々なセル１７０、１７６、１８２を画定する熱交換チューブ１１６は、断面積が変化する。各熱交換チューブ１１６の断面積は、中央マニホールド１１４と外側マニホールド１１２との間で変化してもよい。例えば、熱交換チューブ１１６が半径方向Ｒに沿って分岐するので、熱交換チューブ１１６内の濡れ面積を維持して、熱交換流体の一定の容積流量の流れ損失または停滞を防止するために、熱交換チューブ１１６の断面積が小さくなることが望ましい。これに関して、各熱交換チューブ１１６は、一般的に、外側マニホールド１１２に向かって減少する断面積を画定する。
【００４５】
例示的な一実施形態によれば、複数のセル１７０、１７６、１８２の各々を画定する熱交換チューブ１１６の断面積の間の関係は、数学的モデルによって支配されてもよい。一般に、数学的モデルは、以下で簡単に説明するように、熱交換バンク１１０内の圧力損失および停滞点を最小にしつつ、熱交換チューブ１１６の濡れ面積を最大にするように設計することができる。
【００４６】
より具体的には、図９を簡単に参照すると、１つの例示的な数学的モデルが、各熱交換チューブ１１６の断面積またはチューブの「ブランチ」を設定する（ブランチは、全熱交換器の流れのうちの部分量を含む流路を示す）。図９の例示的なモデルに示すように、完全な熱交換バンク１１０は、本明細書では「セクター」と呼ばれる１２０度のセクターに分割されたセルのアレイを含む。幾何学的形状は、所与のアレイのセクターごとに繰り返される（明瞭化のために図９では１つのセクターしか示していない）。
【００４７】
ブランチ面積（図９の各ブランチに配置された小さな数字によって示す）は、以下の式によって表すことができる。
【００４８】
【数１】
2019039659.tif 000003
ここで、Ａｔｏｔａｌは熱交換器アレイの入口／出口パイプの全流れ面積、ｎｅｘｉｔは出口ブランチ面積を表す整数単位、ｍはアレイからの出口ブランチの総数（六角形セルの場合は６の倍数）、ｎｂｒａｎｃｈは、質量の保存を満たし、強度と性能を最適化する設計者が選択した整数である。
【００４９】
アレイの各ブランチを確実に流れるようにするためには、最後から２番目の軌道の前に非対称ブランチ接合を形成することが望ましい（例えば、アレイが３つの軌道を有する場合には、非対称接合は第２の軌道によって導入されなければならない）。質量の保存を満たすために、各軌道のすべてのｎｂｒａｎｃｈ整数値の合計は、ｍ＊ｎｅｘｉｔ／３（セクター法の場合）に等しくなければならない。
【００５０】
図示した実施形態によれば、セル１７０、１７６、１８２の各々は、軸方向Ａに沿って見たときに実質的に六角形の形状を有する。さらに、熱交換バンク１１０は、熱交換チューブ１１６が互いに交差するかまたは互いに接合される複数の接合部１９０を画定する。これらの接合部１９０では、第２の熱交換流体１５８の流れは、半径方向Ｒに沿って外向きに流れるときに分流し、または半径方向Ｒに沿って内向きに流れるときに合流する。例えば、図示するように、各接合部１９０は、複数の熱交換チューブ１１６のうちの３つを接合し、各チューブは約１２０度の角度で分離されている。流れの方向に応じて、１つまたは複数の熱交換チューブ１１６は入口チューブであって、例えば接合部１９０に流れを提供し、１つまたは複数の熱交換チューブ１１６は出口チューブであって、例えば接合部１９０から流れを受け取る。特に、１つまたは複数の入口チューブの断面積の合計は、１つまたは複数の出口チューブの断面積の合計に実質的に等価である。セル１７０、１７６、１８２は本明細書では六角形であると図示されているが、正方形、八角形、五角形などの代替的な実施形態に従って任意の適切な形状を使用できることを理解されたい。
【００５１】
熱交換チューブ１１６は、複数の六角形のセルを画定するために格子構造に形成された直線チューブであるとして図示されているが、熱交換チューブ１１６は代わりに、曲線、蛇行、螺旋、正弦曲線、または任意の他の適切な形状であってもよいことを理解されたい。さらに、熱交換チューブ１１６を、用途および熱交換流体の種類に応じて、必要とされるとおりの任意の適切なサイズ、数、間隔、形状、向き、および通過の回数にて形成することができる。これらの様々な構成は、本明細書に開示する積層造形プロセスによって可能となり、本主題の範囲内にあると考えられる。
【００５２】
１つの例示的な実施形態が本明細書で説明されているが、熱交換チューブ１１６は、用途、使用される熱交換流体の種類、空間の考慮事項などに応じて、任意の適切な方法で構成されてもよいことを理解されたい。さらに、各熱交換バンク１１０は、わずかに異なる構造を含んでもよく、または熱交換チューブ１１６の間の接触および第１の熱交換流体１４８の流れを最大にするために、軸方向Ａに沿って互いにオフセットされた熱交換チューブ１１６を含んでもよい。例えば、図示した実施形態によれば、隣接する熱交換バンク１１０の格子構造は、流路１０４内の熱交換チューブ１１６への第１の熱交換流体１４８の流れの露出を増加させるように互い違いに配置される。
【００５３】
ここで図７および図８を簡単に参照して、本主題の例示的な実施形態による熱交換器モジュール１９２について説明する。熱交換器モジュール１９２は、単一の独立型モジュール内に２つの隣接する熱交換バンク１１０を画定する点を除いて、多くの点で熱交換器１００と同様である。２つの隣接する熱交換バンク１１０は、一体的に形成された環状外側マニホールド１１２によって結合され、追加の熱交換器モジュール１９２と結合するように構成された開いた中央マニホールド１１４を有する。このようにして、任意の適切な数の熱交換器モジュール１９２を共に積み重ね、中央マニホールド１１４を介して流体結合することができる。熱交換器アセンブリ全体（すなわち、接続されたモジュール１９２）は、熱伝達プロセスを実行するために、熱交換流体の流れの中に配置されてもよい。
【００５４】
熱交換器１００の様々な部分を、熱交換器１００に必要な構造的支持をもたらすための必要に応じて、任意の適切な材料を用い、任意の適切な形状、密度、および厚さで構築することができる。例えば、熱交換器１００のハウジング１０２は、剛性の断熱材料から形成することができる。さらに、ハウジング１０２は、取り付け、組み立て、および動作中に熱交換器１００が受ける負荷に対して構造的な支持を提供するために、より厚くて緻密にすることができる。対照的に、熱交換チューブ１１６は、より薄くてもよく、熱伝達を向上させるためにより熱伝導性の材料で構築されてもよい。例えば、熱交換チューブ１１６は、２０μｍの壁厚または任意の他の適切な厚さを有することができる。
【００５５】
熱交換器１００は、本主題の態様を説明する目的でのみ本明細書に記載されていることを理解されたい。例えば、熱交換器１００は、本明細書において、熱交換器１００の例示的な構成、構造、および製造方法を説明するために使用される。本明細書で説明される積層造形技法は、任意の適切な装置において任意の適切な目的のために任意の適切な産業において使用される他の熱交換器を製造するために使用できることを理解されたい。したがって、本明細書に記載の例示的な構成要素および方法は、本主題の例示的な態様を説明するためだけに使用され、決して本開示の範囲を限定しようとするものではない。
【００５６】
以上、本主題の例示的な実施形態による熱交換器１００の構造および構成を提示したので、次に本主題の例示的な実施形態による熱交換器を形成するための例示的な方法２００を提供する。方法２００は、熱交換器１００または任意の他の適切な熱交換器を形成するために製造業者によって使用することができる。例示的な方法２００は、本主題の例示的な態様を説明するためにのみ本明細書で説明され、限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【００５７】
ここで図１０を参照すると、方法２００は、ステップ２１０において、積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップを含む。方法２００はさらに、ステップ２２０において、エネルギー源からのエネルギーを付加材料の層の上に選択的に導き、付加材料の一部を融着させて熱交換器を形成するステップを含む。例えば、上記の例を使用して、空気流との間で、空気流とオイル流との間で熱を伝達するために熱交換器１００を形成することができ、または任意の他の適切な熱交換器を形成することができる。
【００５８】
積層造形された熱交換器は、流路を画定するハウジングを含むことができる。複数の熱交換バンクは、流路内で軸方向に沿って積み重ねられてもよい。複数の熱交換バンクの各々は、第１の隣接する熱交換バンクと流体連通する環状外側マニホールドと、第２の隣接する熱交換バンクと流体連通する中央マニホールドと、を含むことができる。複数の熱交換チューブは、格子構造に構成され、環状外側マニホールドと中央マニホールドとの間に延在することができる。
【００５９】
例示的な実施形態によれば、方法２００はさらに、本明細書に記載の積層造形方法を使用して一体的な入口マニホールドおよび一体的な出口マニホールドを形成することを含むことができる。特に、例示的な実施形態によれば、ハウジング、複数の熱交換バンク、入口マニホールド、出口マニホールド、および上述のような熱交換器の他の部分は、単一のモノリシックな構成要素として一体的に形成される。
【００６０】
図１０は、図示および説明の目的のために特定の順序で実行されるステップを示している。当業者であれば、本明細書で提供される本開示を使用して、本明細書に記載の方法のいずれかのステップが、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で適合、再配置、拡大、省略、または修正することができることを理解するであろう。さらに、方法２００の態様は、例として熱交換器１００を使用して説明されているが、これらの方法は、任意の適切な熱交換器を製造するために適用されてもよいことを理解されたい。
【００６１】
積層造形された熱交換器およびその熱交換器を製造するための方法が上述されている。特に、熱交換器１００は、一般に、以下に説明するように、積層造形プロセスによってその実用的な実施が促進される性能を向上させる幾何学的形状および熱交換特徴を含むことができる。例えば、本明細書に記載の積層造形方法を使用して、熱交換器は、２つの流体の流れの間で熱エネルギーを移動させるための格子熱交換構造を画定する熱交換バンクを含むことができる。加えて、本明細書に記載の積層造形技法は、熱交換器の熱効率を改善するように設計された一体的な入口マニホールドおよび出口マニホールドならびに熱交換チューブを有する熱交換器の形成を可能にする。これらの特徴は、熱交換器の設計中に導入されてもよく、そのため、追加のコストをほとんどまたは全く必要とせずに構築プロセス中に熱交換器に容易に組み込むことができる。さらに、ハウジング、熱交換バンク、および他のすべての特徴を含む熱交換器全体を、単一のモノリシックな構成要素として一体的に形成することができる。
【００６２】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示すると共に、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、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が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）、および円周方向（Ｃ）を規定する熱交換器（１００）であって、前記熱交換器（１００）は、
流路（１０４）を画定するハウジング（１０２）と、
前記流路（１０４）内に前記軸方向（Ａ）に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク（１１０）と、を含み、前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々は、
第１の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する環状外側マニホールド（１１２）と、
第２の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する中央マニホールド（１１４）と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド（１１２）と前記中央マニホールド（１１４）との間に延在する複数の熱交換チューブ（１１６）と
を含む、熱交換器（１００）。
［実施態様２］
前記熱交換バンク（１１０）のうちの１つまたは複数は入口バンク（１４２）であり、前記熱交換バンク（１１０）のうちの１つまたは複数は排出バンク（１４６）であり、前記熱交換器（１００）は、
前記ハウジング（１０２）によって画定され、前記入口バンク（１４２）の前記環状外側マニホールド（１１２）と直接流体連通する入口マニホールド（１５０）と、
前記ハウジング（１０２）によって画定され、前記排出バンク（１４６）の前記環状外側マニホールド（１１２）と直接流体連通する出口マニホールド（１５４）と、
をさらに含む、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様３］
前記入口マニホールド（１５０）および前記出口マニホールド（１５４）は、前記軸方向（Ａ）に沿って離間している、実施態様２に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様４］
前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々は、実質的に前記半径方向（Ｒ）に沿って前記流路（１０４）を通って延在し、前記軸方向（Ａ）に沿って積み重ねられた場合に、隣接する熱交換バンク（１１０）と共に蛇行流路（１０４）を形成する、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様５］
前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々の前記中央マニホールド（１１４）は、中心軸（１０６）に沿って延在し、前記軸方向（Ａ）に沿ってバルクヘッド（１３０）によって交互に分離されている、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様６］
前記複数の熱交換チューブ（１１６）の各々は、前記環状外側マニホールド（１１２）に向かって減少する断面積を画定する、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様７］
前記複数の熱交換チューブ（１１６）の各々は、楕円形、円形、または翼形の断面を画定する、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様８］
前記格子構造は、
第１の複数の前記熱交換チューブ（１１６）によって画定され、前記半径方向（Ｒ）に沿った第１の半径（１７４）で画定された第１の軌道内に配置された第１の複数のセル（１７０）であって、前記第１の複数のチューブの各々が第１の有効流れ面積を画定する、第１の複数のセル（１７０）と、
第２の複数の前記熱交換チューブ（１１６）によって画定され、前記半径方向（Ｒ）に沿った第２の半径（１８０）で画定された第２の軌道内に配置された第２の複数のセル（１７６）であって、前記第２の複数のチューブの各々が第２の有効流れ面積を画定する、第２の複数のセル（１７６）と、を含み、前記第１の複数のチューブと前記第２の複数のチューブとの間の関係は、前記熱交換器（１００）内の圧力損失を最小にすることを目的とする数学的モデルによって支配される、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様９］
前記格子構造は六角形のセルのアレイを含む、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１０］
前記格子構造は複数の接合部（１９０）を含み、各接合部（１９０）は、約１２０度の角度で分離された前記複数の熱交換チューブ（１１６）のうちの３つを接合する、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１１］
前記格子構造は、複数の接合部（１９０）を含み、前記複数の接合部（１９０）の各々は、１つまたは複数の入口チューブと、１つまたは複数の出口チューブと、を含み、前記１つまたは複数の入口チューブの断面積の合計は、前記１つまたは複数の出口チューブの断面積の合計に実質的に等価である、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１２］
隣接する熱交換バンク（１１０）の前記格子構造は、熱交換流体の流れが前記流路（１０４）内の前記熱交換チューブ（１１６）に曝されることを増加させるように、互い違いに配置される、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１３］
前記熱交換器（１００）は、３つ以上の熱交換バンク（１１０）を含む、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１４］
前記環状外側マニホールド（１１２）は、２つの隣接する熱交換バンク（１１０）を橋絡して、前記２つの隣接する熱交換バンク（１１０）の間の流体連通を提供する、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１５］
前記熱交換器（１００）は、前記流路（１０４）内の冷気流と前記複数の熱交換チューブ（１１６）内の高温空気流とを受け取るように構成された空気−空気熱交換器（１００）である、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１６］
前記ハウジング（１０２）および前記複数の熱交換バンク（１１０）は、単一のモノリシック構成要素として一体的に形成される、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１７］
前記熱交換器（１００）は複数の層を含み、前記複数の層は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させることと、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させることと、
によって形成される、実施態様１に記載の熱交換器（１００）。
［実施態様１８］
熱交換器（１００）を製造する方法（２００）であって、前記方法（２００）は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップ（２１０）と、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させ、前記熱交換器（１００）を形成するステップ（２２０）と、を含み、前記熱交換器（１００）は、軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）、および円周方向（Ｃ）を規定し、前記熱交換器（１００）は、
流路（１０４）を画定するハウジング（１０２）と、
前記流路（１０４）内に前記軸方向（Ａ）に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク（１１０）と、を含み、前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々は、
第１の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する環状外側マニホールド（１１２）と、
第２の隣接する熱交換バンク（１１０）と流体連通する中央マニホールド（１１４）と、
格子構造に構成され、前記環状外側マニホールド（１１２）と前記中央マニホールド（１１４）との間に延在する複数の熱交換チューブ（１１６）と
を含む、方法（２００）。
［実施態様１９］
前記ハウジング（１０２）および前記複数の熱交換バンク（１１０）は、単一のモノリシック構成要素として一体的に形成される、実施態様１８に記載の方法（２００）。
［実施態様２０］
軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）、および円周方向（Ｃ）を規定する熱交換器（１００）であって、前記熱交換器（１００）は、
流路（１０４）を画定するハウジング（１０２）と、
前記流路（１０４）内に前記軸方向（Ａ）に沿って積み重ねられた複数の熱交換バンク（１１０）と、を含み、前記複数の熱交換バンク（１１０）の各々は、格子構造で構成され、第１の端部から外側に前記半径方向（Ｒ）に沿って第２の端部に向かって延在する複数の熱交換チューブ（１１６）と、
隣接する熱交換バンク（１１０）の前記第２の端部を流体結合する１つまたは複数の環状外側マニホールド（１１２）と、
隣接する熱交換バンク（１１０）の前記第１の端部を流体結合する１つまたは複数の中央マニホールド（１１４）と
を含む、熱交換器（１００）。
【符号の説明】
【００６３】
１００  熱交換器
１０２  ハウジング
１０４  流路
１０６  中心軸
１１０  下流バンク、上流バンク、熱交換バンク
１１２  環状外側マニホールド
１１４  中央マニホールド
１１６  熱交換チューブ
１２０  中央ポート
１２２  外側ポート
１３０  バルクヘッド
１４０、１５２  流体入口
１４２  入口バンク
１４４、１５６  流体出口
１４６  排出バンク
１４８、１５８  熱交換流体
１５０  入口マニホールド
１５４  出口マニホールド
１７０、１７６、１８２  セル
１７２、１７８、１８４  軌道
１７４、１８０、１８６  半径
１９０  接合部
１９２  熱交換器モジュール
２００  方法
２１０、２２０  ステップ
Ａ  軸方向
Ｃ  円周方向
Ｒ  半径方向
【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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【外国語明細書】
2019039659000001.pdf