(57)【要約】ワイヤメッシュスクリーンの積層体から一対の対向する外側主面を有するウエハであって、前記一対の外側主面の間に隙間を有するように前記ウエハを形成することにより、熱交換器部品を製造する。前記ウエハの外側主面上に金属被覆を堆積させることにより、ウエハの外側主面をシールする。堆積された金属被覆は、ウエハの隙間を通って延びる熱交換流体の流路を金属被覆の間に規定する。
2013532264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換部品を製造する方法であって、
ワイヤメッシュスクリーンの積層体から、一対の対向する外側主面を有するウエハを形成するステップであって、前記一対の外側主面の間に隙間を有するように前記ウエハを形成するステップと、
前記ウエハの外側主面上に金属被覆を堆積させることにより、前記ウエハの外側主面をシールするステップであって、前記堆積された金属被覆は、前記ウエハの前記隙間を通って延びる熱交換流体の流路を前記金属被覆の間に規定するように前記外側主面をシールするステップとを有する方法。
【請求項２】
前記スクリーンは、製織されたワイヤメッシュスクリーンである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スクリーンは、共に圧縮され、且つ、前記ウエハは、前記個々のスクリーンの面に対して直交する平面内において前記積層体をダイシングすることによって形成される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記スクリーンは、共に接合される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記スクリーンは、焼結によって、共に接合される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記スクリーンは、ポリマー注入によって連結され、前記ポリマーは、前記金属被覆の塗布が完了した後に除去される請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記スクリーンは、前記金属被覆の塗布が完了する時点まで、固定具によって連結される請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記金属被覆は、熱溶射法によって塗布される請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記金属被覆は、前記ウエハの表面に対して特定の角度で延びるノズルから浅い入射角度で塗布される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱溶射法は、金属粉体を用いたパルスガス動的溶射法である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属粉体は、球形状であり、かつ直径が４４μｍ未満の粒子サイズを有する鋼鉄である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属被覆は、選択的レーザ焼結によって塗布される請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
交互に配置される前記スクリーンは、低伝導性高強度材料および高伝導性低強度材料から製造される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記熱交換部品は、環状の螺旋配列として形成される請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
熱交換器を製造する方法であって、
ワイヤメッシュスクリーンの積層体から、一対の対向する外側主面を有するウエハを形成するステップであって、前記一対の外側主面の間に隙間を有するように前記ウエハを形成するステップと、
前記ウエハの外側主面上に金属被覆を堆積させることにより、前記ウエハの外側主面をシールするステップであって、前記堆積された金属被覆は、前記ウエハの前記隙間を通って延びる第１熱交換流体の第１流路を前記金属被覆の間に規定するように前記外側主面をシールするステップと、
熱交換フィンを前記金属被覆の各々に装着するステップと、
前記第１熱交換流体を供給及び収集するために前記ウエハの両端にヘッダマニホルドを設けるステップと、
第２熱交換流体の第２流路を前記熱交換フィンの間に設けるステップとを有する方法。
【請求項１６】
前記スクリーンは、製織されたワイヤメッシュスクリーンである請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記スクリーンは、共に圧縮され、且つ、前記ウエハは、前記個々のスクリーンの面に対して直交する平面内において圧縮された前記積層体をダイシングすることによって形成される請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記スクリーンは、焼結によって共に接合される請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属被覆は、熱溶射法によって塗布される請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱溶射法は、金属粉体を用いたパルスガス動的溶射法である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属粉体は、球形状であり、かつ直径が４４μｍ未満の粒子サイズを有する鋼鉄である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ワイヤメッシュスクリーンの積層体から形成され、かつ一対の対向する外側主面を有するウエハであって、前記一対の外側主面の間に隙間を有する前記ウエハと、
前記ウエハの各外側主面上に堆積された金属被覆であって、該金属被覆の間には前記ウエハの前記隙間を通って延びる熱交換流体の流路が画定される前記金属被覆とを有する熱交換部品。
【請求項２３】
前記スクリーンは、製織されたワイヤメッシュスクリーンである請求項２２に記載の熱交換部品。
【請求項２４】
交互に配置されるスクリーンが低伝導性高強度材料および高伝導性低強度材料から製造される請求項２２又は２３に記載の熱交換部品。
【請求項２５】
前記ウエハは、前記焼結された積層体の面に直交する平面における焼結された積層体の切断片からなる請求項２２乃至２４のいずれか一項に記載の熱交換部品。
【請求項２６】
前記被覆は、球形状であり、かつ直径が４４μｍ未満の粒子サイズを有する塗布された鋼鉄の粉体から製造される請求項２２乃至２５のいずれか一項に記載の熱交換部品。
【請求項２７】
螺旋配列として形成された請求項２２乃至２６のいずれか一項に記載の熱交換部品。
【請求項２８】
ワイヤメッシュスクリーンの積層体から形成され、かつ一対の対向する外側主面を有するウエハであって、前記一対の外側主面の間に隙間を有する前記ウエハと、
前記ウエハの各外側主面上に堆積された金属被覆であって、該金属被覆の間には、前記ウエハの前記隙間を通って延びる第１熱交換流体の流路が画定される前記金属被覆と、
前記金属被覆上の冷却フィンであって、該冷却フィンの間に第２熱交換流体の流路を規定する前記冷却フィンとを有する熱交換器。
【請求項２９】
交互に配置されるスクリーンが低伝導性高強度材料および高伝導性低強度材料から製造される請求項２８に記載の熱交換器。
【請求項３０】
前記ウエハは、焼結されたスクリーンの積層体の面に直交する平面における焼結されたスクリーンの積層体の切断片からなる請求項２８又は２９に記載の熱交換器。
【請求項３１】
請求項２８乃至３０のいずれか一項に記載の熱交換器の部品から製造されたタービン翼を有するタービン固定子であって、タービン翼は、前記ウエハの前記隙間を通って延びる冷却流体の流路を規定するタービン固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換部品を製造する方法に関し、更に詳しくは、ワイヤメッシュスクリーンを使用して熱交換部品を製造する方法と、ワイヤメッシュスクリーンを使用した熱交換部品とに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、現在のエネルギーを節約するための試みにおいて、多数の熱力学系において重要な役割を果たしている。任意の熱交換器の目的は、熱交換器による流動抵抗によって生じるエネルギー損失を最小限に維持しつつ、熱交換流体の間において最大の熱伝達効率を実現するという点にある。又、一般的に、熱交換器を可能な限り小型にすることが望まれている。
【０００３】
熱交換器の技術分野における最近の進歩は、主に、相対的に小型の熱交換器ユニットにおいて熱負荷を増大させることによって相対的に高い熱伝達効率を実現することに集中している。小さな容積の熱交換器で高度な熱伝達を実現するために有効な１つの方法は、高温の流体と伝導材料の表面の間の接触面積比を最大化するというものである。この概念は、薄型のプレート状熱交換器の発展を導いており、そのような熱交換器は、大きな表面積を有する伝導性材料の挿入体を備え、挿入体の外側表面は、鑞付けされたシートによってシールされている。熱交換器内における非常に不規則な流路が、高温流体の混合を促進し、ひいては、熱交換器の伝導性材料の挿入体、及びその外側表面への熱伝達効率を向上させる。このような熱交換器の例が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００４】
このような熱交換器の有効性は、伝導性材料の挿入体の特性及び構造によって大幅に左右される。更には、金属発泡体、ワイヤスクリーン、及び充填層（Ｐａｃｋｅｄ  ｂｅｄ）などの様々な挿入体構造は、いずれも、流体のレイノルズ数によって左右される異なる作用を有する。例えば、金属発泡体熱交換器（Ｍｅｔａｌ  Ｆｏａｍ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ：ＭＦＨＥ）は、低温学分野、発電分野、及び高熱負荷の除去を必要とするその他の多数の分野において広範に使用されている。これらは、相対的に安価であり、大量生産での形成が容易であり、且つ、１０，０００ｍ２／ｍ３という高い表面積対容積比を実現することができる。但し、金属発泡体熱交換器の製造に特有の問題点は、形状の一貫性を維持する方法にある。別の制限は、モデルでは十分に調整された構造が仮定されているのに対して、実際のＭＦＨＥセルは、ランダムに配置されており、この結果、外側表面に対する直接的な伝導の効率が低減されるという点にある。充填層などの（焼結された）構造は、熱伝達対圧力損失の比率の観点において、他の熱交換器設計よりも性能が優れている。焼結された金属球の充填層は、熱伝達については有効であるが、その（圧力容器として使用される場合の）引っ張り強度においては、ワイヤスクリーンに比べて著しく低い。
【０００５】
熱交換器内における伝導性材料挿入体としてのワイヤメッシュの使用が最初に研究されたのは、１９８０年代の終盤であった。それ以降、多数の異なるメッシュ構成が検討及び試験され、様々なレベルの成功を収めている。ワイヤメッシュ熱交換器（Ｗｉｒｅ  Ｍｅｓｈ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ：ＷＭＨＥ）は、スクリーンの間における最小限の接触に起因して軸線方向に沿った伝導を制限しつつ、外側壁に対する直接的な熱伝導を促進することから、金属発泡体熱交換器よりも効率が高いことが判明している。又、ＷＭＨＥは、容易に入手可能な製織されたワイヤスクリーン織物を用いる場合には、容易に製造可能である。これらは、相対的に安価であり、様々な合金から容易に製造することができる。製造能力の進歩に伴って、その潜在的に大きなヌセルト数及び小さな摩擦係数に起因して、比較的複雑な設計も魅力的な選択肢として出現している。これらの構造は、熱伝達効率を改善することが期待されるが、製織された織物と比較した際の性能における潜在的な利益は、製造費の増加を正当化するほどに大きくはないであろう。
【０００６】
ＷＭＨＥを製造するための方法は、スクリーンを折り畳むステップと、折り畳んだスクリーンの先端に薄いシートを蝋付けするステップとを含む。これらの方法は、比較的簡単に実現できるが、これらは、比較的小さな接触表面と、長さ当たりの最大折り畳み回数とに起因して、外側壁に対する伝導を制限している。ＷＭＨＥ用の更なる別の製造方法は、製織されたワイヤ織物の積層体を焼結するステップと、これらを積層された方向に直交するように切断して薄いウエハを形成するステップと、次いで、両面に薄い金属シートを蝋付けすることにより、これらのウエハを効果的にシールするステップとを有する。この方法によって製造されたＷＭＨＥは、１００００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）を上回る内部圧力に耐え得ることが判明している。但し、この方法に伴う欠点は、大きなエネルギー消費量に起因して、蝋付けプロセスが高価となる可能性があり、そのため、ＷＨＭＥの使用が回避される可能性がある点にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６３０５０７９号明細書
【特許文献２】米国特許第５９８３９９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、外側面を金属被覆によってシールすることにより、非常に有効な熱交換部品をワイヤメッシュ積層体から製造することができることを見出した。これらの被覆は、積層体の隙間を通る熱交換器流体の流路を包囲する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、熱交換部品を製造する方法が提供され、この方法は、ワイヤメッシュスクリーンの積層体から、一対の対向する外側主面を有するウエハを形成するステップであって、前記一対の外側主面の間に隙間を有するように前記ウエハを形成するステップと、前記ウエハの外側主面上に金属被覆を堆積させることにより、ウエハの外側主面をシールするステップとを有し、堆積された金属被覆は、ウエハの隙間を通って延びる熱交換流体の流路を前記金属被覆の間に規定している。
【００１０】
堆積された被覆とは、結果的に得られる金属層がウエハ上において本来の位置に形成されるように、例えば、液体又は粉体粒子の形態などの特定の方法によって塗布される被覆である。
【００１１】
この熱交換部品は、熱交換器の一部を形成してもよく、或いは、強力な冷却又は加熱を必要とする別の部品の一部を形成してもよい。例えば、特に好適には、タービン内において使用される固定子として適用される。従来のように鋳造される代わりに、熱交換部品から、即ち、本発明の実施形態による堆積された金属被覆を有するワイヤスクリーンの積層体から製造されたブロックから、固定子を製造することができる。
【００１２】
ワイヤメッシュウエハをシールするための特に有望であり、且つ費用効率に優れた１つの方法は、パルスガス動的溶射法（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｇａｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｐｒａｙｉｎｇ：ＰＧＤＳ）などの優れた材料堆積速度を特徴とする熱溶射法を使用し、主面上に高密度の被覆を塗布するというものである。
【００１３】
ＰＧＤＳとは、現在、Ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ  （Ｗｉｎｄｓｏｒ）社（Ｗｉｎｄｓｏｒ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ）によって商品化されつつある熱溶射法である。ＰＧＤＳでは、薄い皮膜によって低圧領域（被駆動セクション）から分離された高圧領域（駆動セクション）のケースを再現し、薄い皮膜が瞬間的に破裂することによって、円筒管に衝撃波が送出される。衝撃波は、管内を移動することに伴って、粉体粒子を搬送すると共に低温ガス動的溶射法（Ｃｏｌｄ  Ｇａｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｐｒａｙｉｎｇ：ＣＧＤＳ）又はＨＶＯＦで観測される速度と同等の速度まで加速する。衝突の際に、粒子は、可塑変形し、且つ、基板に接着して被覆を形成する。ＣＧＤＳと同様に、ＰＧＤＳは、粉体粒子の温度がその融点未満に常に留まる固体状態プロセスであると考えられている。ＰＧＤＳプロセスに関する更に詳細な説明は、Ｂ．  Ｊｏｄｏｉｎ、Ｐ．  Ｒｉｃｈｅｒ、Ｇ．  Ｂｅｒｕｂｅ、Ｌ．  Ａｊｄｅｌｓｚｔａｊｎ、Ａ．  Ｅｒｄｉ−Ｂｅｔｃｈｉ、Ｍ．  Ｙａｎｄｏｕｚｉによる「Ｐｕｌｓｅｄ−Ｇａｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｐｒａｙｉｎｇ：  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎａｌｙｓｉｓ，  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｅｘａｍｐｌｅｓ」、Ｓｕｒｆ．  Ｃｏａｔ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．、２０１（１６−１７）、２００７年、７５４４−７５５１頁に記載されており、この内容は、引用により本明細書に援用される。ＰＧＤＳは、プロセスガスとしてヘリウム又は窒素を使用しており、そのパルス特性に起因し、ＣＧＤＳとの比較において、小さなガス消費速度を特徴としている。
【００１４】
視線堆積（Ｌｉｎｅ  ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や選択的レーザ溶融などの境界層を形成するための他の方法を用いてもよい。
ウエハは、製織されたワイヤメッシュスクリーンの積層体を形成し、該積層体を圧縮し、且つ、これらを共に焼結し、次いで、これらをスクリーンの面に対して直交する平面内においてダイシングすることにより、製造することができる。当業者にとって自明であるように、本明細書における直交とは、スクリーンの面に対して略直角であることを意味する。従って、本発明が機能するために、厳格に直交している必要はない。
【００１５】
溶射される粉体は、球形状であり、かつ直径が４４μｍ未満の粒子サイズを有する鋼鉄であってよい。
熱交換部品は、フィン及びコレクタ並びに熱交換流体用の供給マニホルドを追加することにより、完全な熱交換器として組み立ててもよい。
【００１６】
代替的には、前述のように、熱交換部品は、タービン固定子などの加熱又は冷却を必要とする別の部品の一部を形成してもよい。
従って、別の態様によれば、本発明は、熱交換部品を提供し、この熱交換部品は、ワイヤメッシュスクリーンの積層体から形成されると共に一対の対向する外側主面であって、その間に隙間を有する前記外側主面を有するウエハと、ウエハの隙間を通って延びる熱交換流体の流路を閉じ込めるためにウエハのそれぞれの外側主面上に堆積された金属被覆とを有する。
【００１７】
又、本発明は、上述のような部品を含む熱交換器も含む。
以下、一例として、添付図面を参照し、本発明について更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】熱交換部品の製造に用いられるスクリーンの積層体を通る断面図。
【図２】圧縮及び焼結の後の積層体を通る断面図。
【図３】塗布された圧力境界層を有するウエハを通る断面図。
【図４ａ】塗布された被覆の顕微鏡図。
【図４ｂ】塗布された被覆の顕微鏡図。
【図５】スクリーン内における粒子の楔留め作用を示す図。
【図６】熱交換器を形成するためのヘッダ及びフィンを含むウエハを通る断面図。
【図７】熱交換器の斜視図。
【図８】図７に示される熱交換器の詳細図。
【図９】ヘッダマニホルドを示す図。
【図１０】部分的に形成された熱交換器及びマニホルドを示す図。
【図１１】タービンの内部を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に従って熱交換部品を製造するためには、図１に示されているように、いくつかの独立して製織されたワイヤメッシュスクリーン１が互いに重ね合わされて、積層体２が形成される。一例においては、それぞれのスクリーンは、直径が０．１１ｍｍのワイヤを平織り構造で互いに直交するように製織した１００メッシュ（１インチ（２．５４ｃｍ）あたり１００ワイヤ）の３０４型ステンレス鋼から製造されている。３０４型ステンレス鋼は、市販されているＴ３００系ステンレス鋼オーステナイト合金である。これは、最大で０．０８％の炭素と組み合わされた少なくとも、１８％のクロミウムと、８％のニッケルとを有する。これらのメッシュパラメータ（メッシュサイズ、ワイヤ直径、配向、及び織り方）は、変更することができる。
【００２０】
次いで、図２に示されているように、この積層体の高さを２５〜４０％だけ圧縮し、且つ、特定の方法によってメッシュを連結することにより、ブロック体（Ｂｒｉｃｋ）３を形成する。これは、例えば、焼結又はポリマー注入により実現され、或いは、単純に、部品を製造する際にスクリーン１を特定の位置に保持するように積層体を固定具に挿入することにより、実現される。
【００２１】
焼結による場合には、スクリーンメッシュ積層体２の圧縮が完了した後に、高温に加熱されたオーブンの内部にスクリーンメッシュ積層体２を配置する。伝達される熱エネルギーと圧縮の圧力との組合せにより、メッシュの区画同士が接合される。
【００２２】
ポリマー注入による場合には、ポリマーが積層体２に注入される。ポリマーは、固化すると、メッシュの形状を保持する。次いで、例えば、高温に加熱して燃焼させることより、ポリマーを除去する。
【００２３】
スクリーンメッシュ積層体２を固定具によって圧縮する場合には、固定具が除去されて次のステップが実行可能な状態となる前に、塗布された金属被覆の形態である圧力境界層により、ブロック体３の４つの辺を被覆しなければならない。
【００２４】
ウエハ４を形成するために、ブロック体の主表面に直交する平面でブロック体をダイシングすることにより、ブロック体３からウエハ４を切断する。ブロック体は、少量の生産の場合には、帯鋸又はダイアモンド鋸又はワイヤにより切断することができ、大量生産の場合には、ギャングダイアモンドワイヤ鋸により切断することができる。圧縮されたブロック体の場合には、毎回の切断の後に、圧力境界を再塗布する必要がある
図３に示されている結果的に得られたウエハは、切断片上に一対の対向する主面５、６を有し、ウエハ内の積層された製織スクリーン１のワイヤの間には、隙間７が形成されている。
【００２５】
ウエハの寸法は、通常、コアの幅が、２〜１２インチ（５．０８〜３０．４８ｃｍ）であり、流れ方向の長さは、２〜６インチ（５．０８〜１５．２４ｃｍ）であり、ウエハの厚さは、１０００分の６０〜２００インチ（約１．５２〜５．０８ｍｍ）であり得る。
【００２６】
金属被覆８、９を塗布することによって、ウエハの各主面５、６上に圧力境界層を形成して、ウエハの主面５、６をシールする。この例においては、金属被覆は、パルスガス動的溶射法によって塗布されるが、溶射法、視線堆積、又は選択的レーザ焼結などの他の方法を使用することもできる。
【００２７】
圧力境界層は、通常、１０００分の２〜１５インチ（約０．０５〜０．３８ｍｍ）である。この境界層を生成するために使用される材料は、コアと同一の材料であってもよく、或いは、まったく異なる材料であってもよい。境界層の材料及び厚さは、いずれも、収容される流体の圧力に応じて定められる。ポリマーを導入又は注入することによってコアが生成されている場合には、この時点において、熱を加えて、燃焼させることにより、ポリマーをブロック体から除去する。
【００２８】
境界層を形成した後、境界層を加工及び研磨して、平滑な表面を生成してもよい。
例示的実施形態においては、表１に示すパラメータを有するＰＧＤＳを用いて、圧力境界を被覆として塗布する。
【００２９】
【表１】
2013532264.tif 000003
大きな比熱比及び音速を有するヘリウムを推進ガスとして使用した。このガスを、１０Ｈｚのパルス周波数（Ｐｕｌｓｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で、５００℃の温度に予め加熱した。金属粉体は、球形状であり、かつ直径が４４μｍ未満の粒子サイズを有する３０４型鋼であった。
【００３０】
被覆が１ｍｍ程度の厚さに非常に高速で蓄積することが観察された。粒子の浸透は、最小限になることが確認された。第１に、被覆は、露出した縦方向のワイヤを包囲して、高圧力を維持可能な強力な接合をもたらす。第２に、浸透がないことにより、熱交換器を通じた圧力損失が低減され、従って、熱交換器の効率が増大する。
【００３１】
実際の粉体粒子よりも著しく大きな空隙を有するメッシュの表面に粉体粒子を溶射するが、粒子は、塊となって、メッシュ内の空隙を効果的に塞ぎ、これにより、その上部に被覆が蓄積することができる連続した上面を形成することを観察することができる。但し、メッシュの閉塞は、図４ａに示されるように、ウエハ内のワイヤスクリーンの最初のいくつかの層のみに現れる。粉体粒子の一部は、ワイヤの最初の組を回避するが、これらは、次いで、その下方、又はその間の後続の組によって遮断される。この場合には、スクリーン層のジグザグ状のパターンが、メッシュ内の空隙のサイズを効果的に低減させ、結果的にウエハ内への粒子の浸透を最小限に抑える。この結果、図４ｂに示されるように、粒子は、空隙を塞ぐことが可能であり、これにより、その上部に次に堆積される粒子が蓄積可能な連続した表面が設けられる。
【００３２】
図５は、溶射された粒子の一部がメッシュワイヤの間において楔状に作用し、外側層のシールを補助している様子を示している。ＰＧＤＳ堆積プロセスのパルス特性に鑑み、粒子は、粒子のより連続的な流れとは対照的に、大きな粉体塊として、基板に衝突する。このような塊が２本のメッシュワイヤの間において移動する際に、粒子は、共に圧縮され、メッシュを塞ぐ。この場合にも、固形の表面が形成されるのに伴って、その他の球状粒子が、基板に衝突して、可塑変形し、被覆を生成する。
【００３３】
縦方向のワイヤも、粒子の流れを妨害する。この場合には、大きな粉体粒子が、メッシュワイヤの先端において変形し、これにより、その上部に後続の粒子が堆積可能である相対的に大きな表面が設けられることが観察される。この被覆生成メカニズムにおいて、より重要な点は、スクリーン積層体の圧縮量の影響を受ける。
【００３４】
ＰＧＤＳによって被覆されたウエハ基板の耐圧強度を評価するために、３つのサンプルに対して破裂試験を実施した。結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2013532264.tif 000004
ＰＧＤＳ法を用いることにより、最小１．６％の気孔率を有する積層され、かつ焼結されたワイヤメッシュウエハの表面に金属粉体を堆積させることが可能である。メッシュ内における粉体粒子の浸透が最小限になることが確認された。この事実は、メッシュを通じた圧力損失を緩和し、結果的に相対的に高い熱交換器の全効率をもたらし得るため、望ましい。破裂試験の結果は、この製造法を用いることにより最大１４００ｐｓｉ（約９．６５ＭＰａ）の圧力を実現できることを示している。
【００３６】
図３に示されるように、結果的に得られた圧力境界を備え、シールされたウエハを基部と呼ぶ。完全な熱交換器を形成するために、図６及び図７に示されるように、平行に配列されたフィン１０の形態を備える拡張された表面を境界層上に形成する。第２熱交換流体の流路がフィン１０の間に規定され、フィンに対して平行な方向に沿ってウエハ内を流動する第１熱交換流体と、フィンの間においてウエハの外部を流動する第２熱交換流体との間において境界層およびフィンを介して熱が伝達される。任意の周知の熱交換流体を使用することができる。
【００３７】
又、例えば、１５度などの浅い（即ち、３０度未満の）入射角度で溶射するように、表面に対して特定の角度を有するノズルによって初期溶射を実施した場合に、結果が改善されることも確認されている。そのため、少ない被覆を溶射方向において蓄積してメッシュ表面内の空隙を部分的に覆うことが可能である。次いで、後続の被覆を９０度の入射角度を有する溶射ノズルによって実行し、更に大きな堆積物を生成する。
【００３８】
別の方法によると、Ｃｙｃｌｉｃｓ（登録商標）＃１００ポリマーなどのポリマーによって空隙を閉塞し、ポリマーによって閉塞された空隙を有する表面上に金属を溶射し、その後に、ポリマーを除去してもよい。
【００３９】
拡張された表面は、特定の方法により、基部上に生成することができる。例えば、視線堆積および切断、視線堆積および化学エッチング、選択的レーザ焼結、並びに蝋付け折り畳みシートが挙げられる。各製造プロセスは、熱交換器の全体的な性能に対して異なる利点を提供する。
【００４０】
図６、図７、図８に示されるように、堆積された表面８、９によって形成される境界層の上部に、フィン１０が形成される。フィン１０は、溶射プロセスにより、又は付加的な製造により形成可能であり、或いは、フィン１０は、蝋付けすることもできる。これら３つの方法は、いずれも、プロセス及び最終的な熱交換器の全体的な性能に対して異なる利点を提供する。
【００４１】
視線堆積においては、フィンの基材を溶射し、その後に、過剰な材料を切断又はエッチングによって除去して最終的な形状のフィンを生成する。
選択的レーザ溶融においては、レーザにより、最終的な形状のフィンを境界層に溶着させる。
【００４２】
蝋付けにおいては、薄いシートからフィンを成形し、境界層に蝋付けする。
フィン１０を生成するために用いられる材料は、コアや境界層を製造するのに用いられる材料と同一であってもよく、或いは、まったく異なる材料であってもよい。基部の流れ方向の長さに沿って濃度を変化させることにより、２つ以上の材料の組合せを使用することもできる。材料タイプは、外部流体及び熱交換器パラメータに応じて選択される。フィンの高さは、通常、１０００分の５０〜２００インチ（１．２７〜５．０８ｍｍ）である。
【００４３】
図９及び図１０に示されるように、ヘッダマニホルド１１を装着し、コアとの間において内部流体を流通させる。ヘッダマニホルドは、管の形態を有し、ヘッダマニホルドに加工されたスロット又は孔がコア４の内部空間に曝されている。
【００４４】
ヘッダマニホルド１１は、熱交換器部品の長辺に沿って延在しており、且つ、中空部分を基部及びフィン組立体に溶接することにより、或いは、選択的レーザ焼結により、生成されている。マニホルドの材料は、コア、圧力境界層、及びフィンと同一であってもよく、或いは、まったく異なる材料であってもよい。材料タイプは、内部流体パラメータに応じて選択される。
【００４５】
溶射プロセスにおいて、マニホルド１１を境界層に溶接し、フィンの基材を生成してもよい。この例においては、第１熱交換器流体は、フィンの方向に対して平行なマニホルド１１の間において熱交換器のコア内を流れる。そのため、第１熱交換器流体が、スクリーンのワイヤフィラメントと接触して、熱が、熱伝導可能にフィンに結合されている境界層８、９に伝導される。第２熱交換流体がフィン１０の間を流れる際に、フィンと第２熱交換流体との間において熱が交換される。
【００４６】
又、本発明は、図１１に示されているように、タービン内に用いられる固定子に適用されてもよい。従来のタービンにおいては、回転子ブレード１６は、固定子又はノズル案内翼１５の近傍を通過して回転する。従来のタービンにおいては、ノズル案内翼は、鋳造され、且つ、ノズル案内翼の表面に沿って流れる高圧冷却空気によって冷却される。本発明の一実施形態によれば、ノズル案内翼は、鋳造される代わりに、前述の熱交換器用に製造されたブロックに類似した方式により、視線堆積法、即ち、ＰＧＤＳ、低温溶射、ＨＶＯＦ、プラズマ溶射、アークワイヤ溶射などを使用し、焼結されたスクリーンブロックから製造される。この結果、ノズル案内翼は、金属被覆の間の隙間を通って翼の内部を流れるように、高圧冷却流体の流路を規定する。例えば、高圧空気を固定子の基部に注入し、且つ、先端において排出することが可能である。
【００４７】
スクリーン媒体は、高強度をもたらす。被覆は、高温合金であってもよく、或いは、接合被覆とセラミックの組合せであってもよい。そのため、固定子内を通ってスクリーンメッシュ内において空気を流動させ、非常に効率的な冷却を可能にする。
【００４８】
その他の様々な実施形態が本発明の権利範囲内において想定される。例えば、スクリーンウエハ及び外部被覆の両方に用いられる材料は、任意の特定の用途に応じて、特定の異なる方法により適合させることができる。材料は、温度勾配に基づいて変更することが可能であり、高温合金が高温領域に用いられ、且つ、低温合金が低温領域に用いられてもよい。材料を変更して伝導性を改善することも可能であり、低熱伝導性の高強度材料（例えば、ステンレス鋼）と、高熱伝導性の低強度材料（例えば、銅）とを交互に配置してスクリーンウエハの平均有効熱伝導性を改善することができる。被覆をスクリーンに追加して様々な作用を促進することもできる。例えば、触媒を用いて改質反応領域を生成してもよく、或いは、耐久性の向上のために酸化被覆を用いることもできる。
【００４９】
スクリーンをブロック体として焼結せずに、バインダのみを用いることにより、スクリーンの層を所定の位置に保持して、ウエハを形成してもよい。
熱交換器は、環状の螺旋配列に形成することが可能であり、これにより、熱交換器のサイズが小型化され、航空機用復熱装置の用途において、軸流ガスタービンへ統合することが容易になる。
【００５０】
外部フィンは、微細加工、エッチング、ワイヤ切断、放電加工（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：ＥＤＭ）、マスクを用いた視線堆積などの特定の異なる方法によって生成することができる。
【００５１】
本発明の各実施形態による熱交換器は、ガスタービン復熱装置、ガスタービン中間冷却器、車両中間冷却器、自動車用レンジエクステンダ（復熱装置）、燃料改質装置、航空機用復熱装置、バイオマス燃焼のための高温熱交換器、及び車両冷却又は加熱（ＨＶＡＣ）システムに適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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１１】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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