(57)【要約】第１の流路流入口と第１の流路放出口との間を連通するための第１の流路と、第２の流路流入口と第２の流路放出口との間を連通するための第２の流路と、第３の流路流入口と第３の流路放出口との間を連通するための第３の流路と、第１の流路と第３の流路とを相互接続し、それによって相互接続された流路の第１の群を規定する第１の導管とを備え、第１の導管が第２の流路を通って延在する、熱交換器が開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器であって、
第１の流路流入口と第１の流路放出口との間を連通するための第１の流路と、
第２の流路流入口と第２の流路放出口との間を連通するための第２の流路と、
第３の流路流入口と第３の流路放出口との間を連通するための第３の流路と、
前記第１の流路と前記第３の流路とを相互接続し、それによって、相互接続された流路の第１の群を規定する第１の導管と、前記第１の導管は、前記第２の流路を通って延在する、
を備える、熱交換器。
【請求項２】
前記第１の導管は、前記第１の流路によって規定される中心軸に対して傾斜し、それによって、流路間の流れを促進するように配置される、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１の導管が細長い断面形状を有する、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記細長い断面形状は、より短いアスペクトＳ及びより長いアスペクトＬを規定し、前記より長いアスペクトＬは、所定の流れ方向と実質的に位置合わせされる、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記細長い断面形状は、より短いアスペクトＳ及びより長いアスペクトＬを規定し、前記より長いアスペクトＬは、前記第１の導管の前記傾斜と実質的に位置合わせされる、請求項３又は請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１の流路と前記第３の流路とを相互接続する複数の第１の導管を備え、前記複数の第１の導管は、前記第２の流路を通って延在する、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記複数の第１の導管は、隣接する対で配置され、ここで対ごとに一方の導管は、前記第３の流路から前記第１の流路への流路間の流れを促進するように配置され、対ごとに他方の導管は、前記第１の流路から前記第３の流路への流路間の流れを促進するように配置される、請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
第４の流路流入口と第４の流路放出口との間を連通するための第４の流路と、
前記第２の流路と前記第４の流路とを相互接続し、それによって、相互接続された流路の第２の群を規定する第２の導管と、前記第２の導管は、前記第３の流路を通って延在する、
をさらに備える、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記第２の導管が、前記第２の流路によって規定される中心軸に対して傾斜している、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記第２の流路と前記第４の流路とを相互接続する複数の第２の導管を備え、前記第２の導管の各々は、前記第３の流路を通って延在する、請求項８又は請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記複数の第２の導管は、隣接する対で配置され、ここで対ごとに一方の導管は、前記第４の流路から前記第２の流路への流路間の流れを促進するように配置され、対ごとに他方の導管は、前記第２の流路から前記第４の流路への流路間の流れを促進するように配置される、請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記第１の導管対及び前記第２の導管対は、それぞれ前記第２の流路及び前記第３の流路において同等の位置を占める、請求項７に従属する場合の請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
一対の側壁の間に取り付けられた頂板と複数の底板を備え、ここにおいて、
前記第１の流路は、前記頂板と、第１の底板と、前記側壁の一部との間に規定され、
前記第２の流路は、前記第１の底板と、前記第２の底板と、前記側壁の一部との間に規定され、
前記第３の流路は、前記第２の底板と、前記第３の底板と、前記側壁の一部との間に規定され、
前記第４の流路は、前記第３の底板と、第４の底板と、前記側壁の一部との間に規定される、
請求項８〜１２のうちのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記第１の流路及び第３の流路は、流体連通しており、第１の流体を第１の流れ方向に輸送するように配置され、前記第２及び第４の流路は、流体連通しており、第２の流体を第２の流れ方向に輸送するように配置される、請求項１３に記載の熱交換器。
【請求項１５】
第１の端部に向かって、
前記第１及び第３の流路の前記流入口を共通の第１の流体流入口ポートに接続する第１の流体入口マニホルドと、
前記第２及び第４の流路の前記放出口を共通の第２の流体放出口ポートに接続する第２の流体入口マニホルドと、
第２の端部に向かって、
前記第１及び第３の流路の前記放出口を共通の第１の流体放出口ポートに接続する第１の流体出口マニホルドと、
前記第２及び第４の流路の前記流入口を共通の第２の流体放出口ポートに接続する第２の流体出口マニホルドと、
をさらに備える、請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項１６】
熱交換の方法であって、
請求項１〜請求項１５のうちのいずれか一項に記載の熱交換器を提供することと、
冷却流体を前記第１及び第２の流路を通して流すことと、
作動流体を前記第３の流路を通して流すことと、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明によれば、熱交換器が提供される。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＷＯ２０１４／１３５８４４（ＢＡＥ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｐｌｃ）から、作動流体のための複数の流路を有する熱交換器を提供することが知られており、これらの流路は、冷却流体のための複数の流路の間に交互に配置される。
【０００３】
また、流路にバッフルを導入して流れ及び熱伝達に影響を与えることも知られている。バッフルは、熱交換器の熱伝達効率を改善することができるが、交換器を横切る圧力降下を上昇させる傾向があり得る。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、第１の流路流入口と第１の流路放出口との間を連通するための第１の流路と、第２の流路流入口と第２の流路放出口との間を連通するための第２の流路と、第３の流路流入口と第３の流路放出口との間を連通するための第３の流路と、第１の流路と第３の流路とを相互接続し、それによって相互接続された流路の第１の群を規定する第１の導管を備える熱交換器が提供され、第１の導管は、第２の流路を通って延在する。
【０００５】
第２の流路を通って延在する導管の提供は、流路間混合を促しながら、熱伝達のために活用され得るさらなる表面積を提示する。これは、熱交換器内の流体間の熱伝達効率を高める傾向があり得る。
【０００６】
第１の流路と第３の流路とを相互接続する複数の第１の導管が設けられ得、複数の第１の導管は第２の流路を通って延在する。
【０００７】
したがって、表面積及び流路間混合は、さらに増加される傾向があり得る。
【０００８】
第１の導管は、細長い断面形状を有し得る。細長い断面形状は、より短いアスペクト(aspect)Ｓ及びより長いアスペクトＬを規定し得、ここで、より長いアスペクトは、所定の流れ方向と実質的に位置合わせされる。代替的又は追加的に、より長いアスペクトは、第１の導管の傾斜と実質的に位置合わせされ（例えば、導管及び流路軸によって規定される平面と位置合わせされ）得る。
【０００９】
複数の第１の導管は、規則的な間隔で離間され得る。
【００１０】
したがって、流路間の均一な混合が達成され得る。
【００１１】
複数の第１の導管は、隣接する対で配置され、対ごとに一方の導管は、第３の流路から第１の流路への流路間の流れを促進するように配置され、対ごとに他方の導管は、第１の流路から第３の流路への流路間の流れを促進するように配置される。
【００１２】
導管をこのように対にすることにより、熱交換器コアを構築するために使用することができる反復ユニットの提供が可能になる。それはまた、各流路群がいずれかの方向の流れに適し、コアが向流(counter flow)又は並流(co-flow)構成のいずれかで展開可能である、機能的に柔軟なコアを提供するのに役立つ。
【００１３】
熱交換器は、第４の流路流入口と第４の流路放出口との間を連通するための第４の流路と、第２の流路と第４の流路とを相互接続し、それによって相互接続された流路の第２の群を規定する第２の導管とをさらに備え得、第２の導管は第３の流路を通って延在する。さらに、そのような熱交換器は、第２の流路と第４の流路とを相互接続する複数の第２の導管をさらに備え得、第２の導管の各々は、第３の流路を通って延在する。さらに、そのような熱交換器は、隣接する対に配置された複数の第２の導管を提供し得、ここで対ごとに一方の導管は、第４の流路から第２の流路への流路間の流れを促進するように配置され、対ごとに他方の導管は、第２の流路から第４の流路への流路間の流れを促進するように配置される。
【００１４】
そのような設備は、流路間の流体の均一な混合をさらに促進する傾向があり得、それによって熱交換器の効率を改善することができる。そのような改善された混合は、次に、熱伝達の増加に関連し得る。
【００１５】
第１及び第２の導管対が提供される場合、第１の導管対及び第２の導管対は、それぞれ、第２及び第３の流路において同等の位置を占める。
【００１６】
したがって、より一貫した混合及び伝達を適用する傾向があり得る、より規則的な構造を提供することができる。
【００１７】
いくつかの例では、第１の導管は、又は複数の第１の導管は、第１の流路によって規定される中心軸に対して傾斜し、それによって、流路間の流れを促進するように配列される。
【００１８】
第２の導管又は複数の第２の導管を備える熱交換器では、第２の導管又は複数の第２の導管は、第２の流路によって規定される中心軸に対して傾斜することができる。
【００１９】
そのような導管の傾斜は、ある特定の流れをバイアスすることができ、それによって、そうでなければ導管から受け得る交換器にわたる圧力降下の増加を軽減する傾向があり得る。
【００２０】
熱交換器は、一対の側壁の間に取り付けられた複数の底板と、頂板とを備え得、ここで、第１の流路は、頂板と、第１の底板と、側壁の一部との間に規定され、第２の流路は、第１の底板と、第２の底板と、側壁の一部との間に規定され、第３の流路は、第２の底板と、第３の底板と、側壁の一部との間に規定され、第４の流路は、第３の底板と、第４の底板と、側壁の一部との間に規定される。
【００２１】
第１及び第３の流路は、流体連通しており、第１の流体を第１の流れ方向に輸送するように配置され得、第２及び第４の流路は、流体連通しており、第２の流体を第２の流れ方向に輸送するように配置される。第１及び第２の流れ方向は、向流式熱交換器を提供するために通常反対であり得る。
【００２２】
そのような向流配置が提供されると、効率的な冷却を提供する傾向がある。
【００２３】
熱交換器は、第１の端部に向かって、第１及び第３の流路の流入口を共通の第１の流体流入口ポートに接続する第１の流体入口マニホルドと、第２及び第４の流路の放出口を共通の第２の流体放出口ポートに接続する第２の流体入口マニホルドと、第２の端部に向かって、第１及び第３の流路の放出口を共通の第１の流体放出口ポートに接続する第１の流体出口マニホルドと、第２及び第４の流路の流入口を共通の第２の流体放出口ポートに接続する第２の流体出口マニホルドとをさらに備え得る。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による熱交換器を提供することと、冷却流体を第１及び第２の流路を通して流すことと、作動流体を第３の流路を通して流すこととを備える熱交換の方法が提供される。
【００２５】
本発明がよく理解され得るように、以下の図面を参照してここで例示的な実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、第１の例示的な熱交換器の概略断面図を示す。
【図２】図２は、熱交換器コアの第１の例示的な部分の３次元表現を示す。
【図３】図３は、熱交換器コアの第２の例示的な部分の３次元表現を示す。
【図４】図４は、熱交換器コアの第４の例示的な部分の概略レイアウトを示す。
【図５】図５は、第１の例示的な熱交換器の３次元表現を示す。
【図６】図６は、第２の熱交換器の３次元表現を示す。
【図７】図７は、熱交換器を配置するためのフロー図を示す。
【図８ａ】図８ａは、熱交換器の第１の例の代替構成を示す。
【図８ｂ】図８ｂは、熱交換器の第１の例の代替構成を示す。
【００２７】
水平及び垂直、頂部及び底部、上及び下、左及び右、正面／前方及び後ろ／後方、近く及び遠くなどの相対的な用語は、単に図を参照しやすくするために以下で使用されているのであり、これらの用語はそのように限定するものではなく、任意の２つの異なる方向又は位置などは、忠実に水平及び垂直、頂部及び底部などではなく実装され得ることが理解されよう。
【詳細な説明】
【００２８】
図１及び図５を参照すると、第１のマニホルド２、コア３、及び第２のマニホルド４を備える第１の熱交換器が概して１００で示されている。
【００２９】
熱交換器１００は、第１の流体である高温流体Ｈ（代替的に作動流体と呼ばれ得る）が第２の流体である低温流体Ｃ（代替的に冷却流体と呼ばれ得る）と反対方向に通過する向流のために配置される。図１に示すように、高温流体Ｈはコアを右から左に通過し、低温流体Ｃはコアを左から右に通過する。
【００３０】
考えられる代替的な熱交換器では、高温流体Ｈ及び低温流体Ｃは、並流（流体が同じ方向、例えば両方とも右から左に流れる）又は直交流（流体が互いに垂直に流れる）のために配置することができる。
【００３１】
コア３は、複数の流路を備える。これらの流路は、２つの群、すなわち第１の流体を輸送するための第１の群、第２の流体を輸送するための第２の群、として構成される。流路は、底板によって分離された流路を用いて、交互に配置された配置が提供されるように、群ごとに互い違いになっている。したがって、多層スタックが提供される。奇数番号の流路に対応する流路の第１の群は、第１の方向に流体を通過させる。偶数番号の流路に対応する流路の第２の群は、流体を第２の方向に通過させる。
【００３２】
具体的には、第１の流路１０は、頂板６と第１の底板１６との間に規定され、一対の第１の流路ポートの間に延在する。これらのポートは、（図１に示されるように）右から左への流れ方向のために構成され、したがって、第２のマニホルド４と連通する第１の流入口１２及び第１のマニホルド２と連通する第１の放出口１４を表す。
【００３３】
第２の流路２０は、第１の底板１６と第２の底板２６との間に規定され、一対の第２の流路ポートの間に延在する。これらのポートは、（図１に示されるように）左から右への流れ方向のために構成され、したがって、第１のマニホルド２と連通する第２の流入口２２及び第２のマニホルド４と連通する第２の放出口２４を表す。
【００３４】
第３の流路３０は、第２の底板２６と第３の底板３６との間に規定され、一対の第３の流路ポートの間に延在する。これらのポートは、（図１に示されるように）右から左への流れ方向のために構成され、したがって、第２のマニホルド４と連通する第３の流入口３２及び第１のマニホルド２と連通する第３の放出口３４を表す。
【００３５】
第４の流路４０は、第３の底板３６と第４の底板４６との間に規定され、一対の第４の流路ポートの間に延在する。これらのポートは、（図１に示すように）左から右への流れ方向のために構成され、したがって、第１のマニホルド２と連通する第４の流入口４２及び第２のマニホルド４と連通する第４の放出口４４を表す。
【００３６】
さらに、第５、第６、及び第７の流路（それぞれ５０、６０、および７０）、第５及び第６の底板（図の視覚的乱雑さを低減するために番号を付していない）、及び底部板７、並びにそれらのそれぞれの流入口及び放出口（番号を付していない）が同等に設けられる。
【００３７】
図５をさらに参照すると、流路は、側壁５によってさらに規定される。
【００３８】
したがって、流路の第１の群、すなわち奇数流路は、第１、第３、第５、及び第７の流路を備える。これらの奇数流路は、共通の流体を共通の方向に通過させることができ、この例では、それらは高温流体Ｈを右から左に通過させる。他の例では、それらは流体を左から右に通過させ得る。
【００３９】
流路の第２の群、つまり偶数流路は、第２、第４、第６の流路を備える。これらの偶数流路は、共通の流体を共通の方向に通過させることができ、この例では、それらは低温流体Ｃを左から右に通過させる。他の例では、それらは流体を右から左に通過させ得る。
【００４０】
したがって、コア３には、第１の群に４つの流路があり、第２の群に３つの流路がある。交互に配置されたスタックに、等しくない数の流路を設けると、結果的に特定の群からの流路がスタックの最外（頂部および底部）層になる傾向がある。コア３において、流路１０及び７０は、そのような最外層を提供する。図１の構成では、高温流体に第１の群を通過させることによって、高温流体流路がこれらの周辺層を通過する。
【００４１】
図５及び図６に示されるような代替的に構成されたコアでは、低温流体は、スタックの周辺層を提供する第１の群の流路を通過し得、高温流体は、第１の群と交互に配置された第２の群の流路を通過する。このような代替的な配置は、周囲に失われる熱を少なくする傾向があり得、交換器の効率を高める傾向がある。
【００４２】
流路に加えて、コア３は、それらの主流路を分割し、同じ群からの他の流路と相互接続する複数の導管（スパー導管（spur conduits））を備える。（これらの相互接続している導管８は、流体への代替流路を提供するが、それらの主流路の閉塞又は終端に関連しない限り、流路からのスパー（spur）であると考えることができる）。
【００４３】
したがって、複数の第１の導管８は、奇数番号の流路間の流路間接続を提供する。したがって、流体は、相互接続された流路間を流れることができる。各導管８は、偶数流路を通って延在するが、その偶数流路を完全には閉塞しない。
【００４４】
例えば、複数の導管８が設けられ、その各々は、第１の流路１０と第３の流路３０とを相互接続し、第２の流路２０を通過する。
【００４５】
いくつかの導管８は、流路に対して実質的に垂直である。いくつかの導管は、流路に対して傾斜している。
【００４６】
第１の例では、奇数の導管は、隣接する奇数の流路の間にのみ延在するが、代替例では、いくつかの奇数の導管は、他の奇数の流路の組み合わせの間に延在し得る。例えば、奇数の導管は、第１の流路１０と第５の流路５０とを接続し得、第２の２０、第３の３０、及び第４の４０流路を通過する。
【００４７】
複数の第２の導管９は、偶数番号の流路間の流路間接続を提供する。したがって、流体は、相互接続された流路間を流れることができる。第２の導管９の各々は、少なくとも１つの奇数流路を通って延在するが、それ又はそれらを完全には閉塞しない。
【００４８】
第１のマニホルド２は、向流構成を前提とすると、偶数流路入口マニホルドと並置された奇数流路出口マニホルドを備える。奇数流路出口マニホルドは、分岐チャンバによって、コアからの奇数放出口を共通の奇数放出口Ｃｏｕｔに接続する。偶数流路入口マニホルドは、分岐チャンバによって、コアへの偶数流入口を共通の偶数流入口Ｈｉｎに接続する。したがって、第１の流体は、奇数流路から共通奇数放出口へと通過することができる。したがって、第２の流体は、共通の偶数流入口から偶数流路へと通過することができる。
【００４９】
第２のマニホルド４は、第１のマニホルド２と相反関係にあり、奇数流路入口マニホルドと並置された偶数流路出口マニホルドを備える。偶数流路出口マニホルドは、分岐チャンバによって、コアからの偶数放出口を共通の偶数放出口に接続する。奇数流路入口マニホルドは、分岐チャンバによって、コアへの奇数流入口を共通の奇数流入口Ｃｉｎに接続する。したがって、第１の流体は、偶数流路から共通偶数放出口Ｈｏｕｔへと通過することができる。したがって、第２の流体は、共通奇数流入口Ｃｉｎから奇数流路に輸送されることができる。
【００５０】
図２を参照すると、熱交換器１００で使用され得る熱交換器コアの３次元部分２００が示されている。部分２００は、３つの相互に直交する基準軸ｘ、ｙ、及びｚに照らして示されている。そのページに示されるように、ｙ次元は高さ（上／下）に対応し、ｘ次元は幅（前／後、あるいは右／左）に対応し、ｚ次元は深さ（近／遠）に対応する。
【００５１】
部分２００は、コア３の第３、第４、及び第５の流路の一部に対応する。
【００５２】
部分２００は、一組の反復ユニットＲ（図２の左上の影付きの構成要素として示される）によって構成される。
【００５３】
反復ユニットＲは、ｚｘ平面に平行な長方形の平面形状を有する底板部２１６を備える。
【００５４】
底板部２１６には、一対の開口２１８ａ、２１８ｂと、一対の直線状の導管２０８ａ、２０８ｂとが形成されている。開口及び導管は、板２１６内のそれらのフットプリント(footprints)が長方形を規定し、導管フットプリントがお互いに対角線上に対向して配置されるように配置される。
【００５５】
導管２０８ａ及びｂは、板２１６から出るｙｘ平面に、又はｙｘ平面に平行して延び、板２１６に対して約４５度傾斜している。より具体的には、近い導管２０８ａは、最前の最も近いフットプリントから逆方向（−４５度）に延在し、遠い導管２０８ｂは、後方の最も遠いフットプリントから順方向（＋４５度）に延在する。
【００５６】
したがって、底板２１６が板２１６の重心を通って垂直に延在する軸Ｐを規定すると仮定すると、開口２１８ａ、２１８ｂ及び導管２０８ａ、２８０ｂは、それらが底板軸Ｐの周りで２回(order 2)回転対称を呈するように配置される。
【００５７】
導管の伸長は、近い導管２０８ａが下の板２２６の近い開口と合流し、一方、遠い導管が下の板２２６の遠い開口と合流するようなものである。
【００５８】
コア３のセクション２００のみを説明したが、ｘ、ｙ、及びｚ方向に複数の反復ユニットを形成することによって、任意のサイズのコア３に反復ユニットＲが装備され得ることが理解されよう。実際には、これは、複数の導管対によって相互接続されたいくつかの連続底板を形成する。
【００５９】
部分２００の全ての導管が同じ平面、ｙｘ平面に平行に延びる場合、そのようなコアは、並流及び向流構成に適している。
【００６０】
図３を参照すると、直交流構成に適した熱交換器コアの部分３００が示されている。
【００６１】
図示された部分３００は、この順序で交互に配置された３つの流路３２０、３４０、及び３６０を備える。流路３２０及び３６０は、第１の流体Ｈをｘ方向に（すなわち、後方から前方に）通過させるためのものであり、流路３４０は、第２の流体Ｃをｚ方向に（すなわち、近くから遠くに）輸送するためのものである。
【００６２】
複数の導管３０８の各々は、Ｈ流路３２０と３６０との間に、Ｃ流路３４０を通って、ｙｘ平面に、又はｙｘ平面に平行に延在する。したがって、流路３２０及び３６０は流体連通している。
【００６３】
複数の導管３０９の各々は、Ｃ流路３４０と次の上方へのＣ流路との間に、Ｈ流路３２０を通過して、ｙｚ平面に、又はｙｚ平面に平行に延在する。
【００６４】
熱交換器コアの部分３００は、部分２００及び図２に関連して説明した反復ユニットＲと、さらなる反復ユニットとの組み合わせとして見ることができる。図３に示されるように、２つのＲ型ユニットが１つの層に存在し、これらはさらなる層の間に挟まれ、各さらなる層は２つのさらなる反復ユニットを有する。したがって、Ｒ型層は、さらなる型の層と交互になる。
【００６５】
各さらなる反復ユニットは、ｙｚ平面で反射され、その板軸Ｐの周りで９０度回転されたユニットＲの鏡像である。
【００６６】
図４を参照すると、概して４００で示される熱交換器コアの一部のさらなる例が概略的に示されている。
【００６７】
部分４００は、いくつかの反復ユニットＱから構成され、それらの各々は、反復ユニットＲと同様に、他の反復ユニットと互いにぴったり合う。ユニットＱは、六角形の底板４１６を備え、その中に、板４１６によって規定される軸の周りに対称的に配置された、６つの規則的に離間したフットプリントが設けられる。フットプリントのうちの３つが開口４１８ａ〜ｃに対応し、フットプリントのうちの３つが、ｙｘ平面において底板から上方に延びる導管４０８ａ〜ｃに対応する。最も近い導管４０８ａ及び最も遠い導管４０８ｃの２つの導管は、後方に延びる。他方の導管、中間／最後部導管４０８ｂは、前方に延びる。
【００６８】
図６は、３つの第１の流体流路６２０、６４０及び６６０が２つの第２の流体流路６３０及び６５０と交互に配置されたモノリシック多流路熱交換器６００を示す。第１の一体型マニホルド６０２は、交換器６００の第１の側で流路と連通する。第２の一体型マニホルド６０４は、交換器６００の第２の側で流路と連通する。
【００６９】
第１のマニホルド６０２は、作動流体Ｈのための第１の共通ポート６０２ａと、冷却剤Ｃのための第２の共通ポート６０２ｂとを備える。
【００７０】
第１の共通ポート６０２ａは、概して円筒形であり、３つの前方分岐（６２２のうちの１つが見える）につながるチャンバと連通し、それらの各々は、それぞれの流路（６２０）に合流するように先細になるそれぞれの先細セクション（６２４）に合流する。
【００７１】
第２の共通ポート６０２ｂは、概して円筒形であり、２つの前方分岐６２１、６２３につながるチャンバと連通し、それらのそれぞれは、それぞれの流路６３０、６５０に合流するように先細になるそれぞれの先細セクション６２５、６２７に合流する。
【００７２】
例示の目的で、熱交換器６００は、図２に示される断面ＷＷと等価なコア内の点で切り取られて示される。
【００７３】
熱交換器６００では、所与の板について、各開口と、関連する隣接する導管の外径との間の距離間隔は無視できる。言い換えれば、図２に関して、距離間隔Ｓは０である。このような提供は、流路から導管への滑らかな流れを促進する傾向がある。
【００７４】
熱交換器１００又は６００のいずれについても、動作中、第１の又は低温流体Ｃは、圧力下に置かれ、それによって、第１のマニホルドの共通の低温流体流入口に流入させられ、次いで、第１のマニホルドを通り、次いで、偶数流路に流入しそこを通り、次いで、第２のマニホルドに流入し、次いで、共通の低温放出口において第２のマニホルドから流れ出る。
【００７５】
第１のマニホルドを通って流れる間に、低温流体は、各々が特定の偶数流路に関連付けられた別々の流れに分離する。流体が所与の偶数流路を通って流れるとき、導管９によってさらに迂回され得、それは、流体の一部を隣接する偶数流路に流出（bleed off）する。一方、隣接する偶数流路を通って流れる流体の一部は、所与の偶数流路に流出する。
【００７６】
所与の偶数流路内を流れる間、流体は、所与の流路を通って延在する奇数導管８の周りを流れる。
【００７７】
第２の、すなわち高温の流体が第２のマニホルドにおいて熱交換器に導入されると、同等の流れが生じ、するとそれは奇数流路に流入してそこを通り、及び第１のマニホルドに流入し、そこでそれは熱交換器を出る。
【００７８】
第１及び第２の流体の混合は許されない。
【００７９】
底板及び導管は、熱伝導性材料から形成される。したがって、高温流体と低温流体との間の境界に、高温流体から低温流体への熱エネルギーの伝達を可能にする表面積が設けられる。
【００８０】
導管９、８の傾斜は、流出及び流路間流体混合を促進する。特に、所与の流路から流れに対して反対の一般的な方向に（例えば、−４５度で）延びる導管は、隣接する同じ流体流路から所与の流路に流体を流す傾向がある。さらに、所与の流路から流れに対して同じ一般的な方向に（例えば、＋４５度で）延びる導管は、所与の流路から隣接する同じ流体流路に流体を流す傾向がある。
【００８１】
相互接続導管８及び９は、一般に、４５度で傾斜しており、したがって、流路間の流れを促進するようにバイアスされる。このような角度は、追加の層製造プロセスを使用して達成することができ、支持体又は控え壁で支持することを必要とせずに十分に堅牢な構造を提供する。代替的な例では、ある範囲の角度がこの傾斜に適し得る。例えば、３０〜６０度又は４０〜５０度の範囲の傾斜が適切であり得、必要に応じて追加の支持構造が提供される。
【００８２】
熱交換器の他の代替的な例では、導管は、底板から垂直に延在し、それによって流路間流体混合を達成又は促進し得、そのような配置は、傾斜した導管と比較して、コアにわたるより大きい圧力降下をもたらし得る。
【００８３】
代替的に、導管に一方向弁を取り付けて、ある特定の流れ特性を促進することができる。
【００８４】
相互接続導管の各々は、内側断面（穴）及び外側断面（外壁）を規定し、それらは、壁厚が一定である場合、同じ形態を有する。
【００８５】
相互接続導管の外壁は、いくつかの異なる形態を有し得る。例えば、外壁は、例えば図２、図３、及び図４に示すような円形断面であり得る。
【００８６】
代替的に、導管は、図８ａ及び８ｂの熱交換器５００に示されるように、より短いアスペクト軸Ｓ及びより長いアスペクト軸Ｌを有する細長い断面形状を有し得る。
【００８７】
本発明の熱交換器に適用可能な細長い形態の外壁は、楕円形、卵形、長方形、偏菱形、菱形、台形、又は凧形の断面を含む。
【００８８】
適用可能な細長い形態の外壁は、４：１〜１：１、しかしより好ましくは２．５：１〜１．５：１の範囲のアスペクト比を有するものを含む。
【００８９】
ある特定の実施形態では、細長い形態の外壁は、それらの外壁のより長いアスペクトが流れの所定の方向（または少なくとも流れの予想される方向）と位置合わせされるように、位置合わせされる。これは、楕円の長軸（鎖線として示される）が流れ方向と平行である図８ｂに示される。
【００９０】
導管が傾斜している場合、外壁のより長いアスペクトは、導管が傾斜している平面と位置合わせされることができる（図８ｂを参照すると、楕円の長軸が導管５０８ａ及び５０８ｂの外の壁とどのように平行であるかが分かる）。多くの場合、導管は、所定の流れ方向と位置合わせて傾斜するように構成され、したがって、この配置は、流れている流体を導管内に導くのを助け、それによって流路間混合を促進する傾向がある。さらに、外壁のより長いアスペクト及び傾斜の位置合わせは、それが張り出し構造をより良好に支持する（それによって、控え壁などの支持構造の必要性を少なくともある程度不要にする）ことができるので、付加の層製造技法を容易にするようにより良好に配置された構造を提供する傾向がある。
【００９１】
さらに、細長い穴が先細の形状（例えば、楕円形、卵形、偏菱形、菱形など）である場合、それが接続する流路間をそれが延びるときに他の流体流に対してより小さい正面面積が提示されるので、有益な流れ特性がある傾向がある。これにより、他方の流体流路における圧力降下が小さくなる傾向がある。
【００９２】
直交流熱交換器の例では、第１の流体入口マニホルドと第２の流体出口マニホルド（及びその逆）を単一の一体型マニホルド２（又は４）に並置することは簡単ではない可能性がある。したがって、直交流構成では、４つの別個のマニホルドが存在し得る。
【００９３】
提供される熱交換器は、複雑な形態を保持する構造的完全性を有する熱伝導材料から形成されることができる。例えば金属が適している。
【００９４】
提供される熱交換器は、（追加の製造又は３Ｄ印刷としても知られる）追加の層製造技術を使用して製造されることができる。例えば、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）プロセスを使用して熱交換器を形成することができる。ＳＬＭは、高出力密度レーザを使用して、金属粉末を一緒に溶融及び融合する。
【００９５】
したがって、これらの特性に従って、熱交換器は、インコネル合金、チタン若しくはその合金、アルミニウム若しくはその合金、又はステンレス鋼を含むがこれらに限定されない、当業者には明らかであろういくつかの好適な材料のいずれかから形成され得る。
【００９６】
図７を参照すると、熱交換器構造を形成する方法が、反復ユニットを規定する第１のステップ７０２と、熱交換器構造の動作特性セットを規定する第２のステップ７０４と、動作特性セットを満たす反復ユニットのパラメータを決定する第３のステップ７０６と、第４のステップ７０８においてパラメータに従って構造を形成することとを含むものとして示されている。
【００９７】
ステップ７０２において、反復ユニットを規定することは、底板のサイズ、底板の厚さ、底板の形状、導管の上方への伸長（すなわち、流路の高さ）、開口／導管穴、導管壁の厚さ、導管の傾斜、フットプリントの位置、及び流路内の向き（すなわち、流路についてどの平面に導管が位置合わせするか、向流又は並流を決定すること）を含むが、これらに限定されない可変パラメータのセットを有する反復ユニットＲの定義を提供することを含む。
【００９８】
ステップ７０４において、動作特性セットは、所望の熱伝達率、作動流体の組み合わせ（例えば、空気と空気、油と燃料、空気とグリコール）、交換器が適合すべき所与の空間、流路高、及び熱交換器にわたる許容可能な圧力降下を含むが、それらに限定されない、いくつかの制約を規定し得る。
【００９９】
ステップ７０６において、ユニットＲのパラメータの決定が、ステップ７０４からの動作特性に照らして、熱交換器のいくつかの流体動的シミュレーションを使用して、実行され得る。これらのシミュレーションは、解に到達するために、例えば遺伝的アルゴリズムと組み合わせて、反復して実行され得る。そのような決定の出力は、適切な熱交換器を規定するデータファイルであり、その定義は、ユニットＲのパラメータと、３つの直交軸の各々に沿ったＲユニットの数とを含む（例えば、図６を再び参照すると、前方から後方の軸に沿って４つのユニットがあり、底部から頂部の軸に沿って５つのユニットがあり、近い番号から遠い番号は視界から隠されていることが分かる）。
【０１００】
ステップ７０８において、熱交換器は、データファイルを追加の層製造ステーションに発行することによって形成され得る。
【０１０１】
ある特定の例では、マニホルドは、熱交換器コアに対応し、このプロセスによって生成され得る。それによって、そのようなマニホルドを規定するデータファイルが、熱交換器データファイルと共に追加の製造ステーションに発行され得、熱交換器全体を形成することを可能にする。
【０１０２】
一般に、これまでに与えられた例は、多層熱交換器の形態であった。他の例では、熱交換器は、管状クラスタの形態の流路を備えてもよい。このクラスタ内では、第１の群の管（奇数管）が第１の流体を運び、第２の群の管（偶数管）が第２の流体を運ぶ。第１の組の導管は、奇数の管の間の相互接続を提供し、相互接続している導管は偶数の管を通過する。第２の組の導管は、偶数の管を相互接続し、相互接続している導管は奇数の管を通過する。さらなる代替として、そのような管状クラスタは、平行に配置された線形管を備え得る。そのような管状クラスタは、管の入れ子式螺旋を備え得る。
【０１０３】
一般に、これまでに与えられた例示的なコアは、平行に積み重ねられた平面底板によって形成された、平面又は実質的に平面の層及び流路の形態であった。代替例では、コアは、さらなるデバイスと共形になるように所定の形状又は曲率のものであり得る複数の湾曲流路によって提供され得る。さらなるデバイスは、実質的に円筒形のエンジンであり得る。そのようなコア内では、流路は、板間分離を維持するように、互いに実質的に共形であり得る。
【０１０４】
本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、及び図面を含む）に開示された特徴の全て、及び／又はそのように開示された任意の方法若しくはプロセスのステップの全ては、そのような特徴及び／又はステップのうちの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせられ得る。
【０１０５】
本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、及び図面を含む）に開示される各特徴は、明示的に別段の定めがない限り、同一、同等、又は類似の目的を果たす代替の特徴によって置き換えられ得る。したがって、明示的に別段の定めがない限り、開示される各特徴は、一般的な一連の等価又は類似の特徴の一例にすぎない。
【０１０６】
本発明は、前述の実施形態（１つまたは複数）の詳細に限定されない。本発明は、本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示された特徴の任意の新規な１つ若しくは任意の新規な組み合わせ、又はそのように開示された任意の方法若しくはプロセスのステップの任意の新規な１つ若しくは任意の新規な組み合わせに及ぶ。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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