(57)【要約】【課題】  気対液熱交換器をできる限り少なくする、効果的で、軽量な熱マネージメントシステムを提供する。【解決手段】  燃料をベースにした熱マネージメントシステムは、燃料が従来のコークス化温度を超過することを可能にする燃料安定化システムを具備する。高温コンポーネントは、より高い作動温度においてさえ、高温コンポーネントから燃料へ熱を伝達するため燃料が吸熱源として機能するよう、燃料流路に沿って配置されている。最適な高温エステルベースオイルは、オイルループが現在のオイル温度限界を超えることを可能にし、かつ燃料流路の後方で燃料への効率よい廃熱を可能にする高温を達成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料安定化システムと、
前記燃料安定化システムと流体燃料連通状態の第１の液対液熱交換器システムであって、前記第１の液対液熱交換器が第１の最高温度で動作可能である第１の液対液熱交換器システムと、
前記第１の液対液熱交換器と流体燃料連通状態の第２の液対液熱交換器システムであって、前記第２の液対液熱交換器が第２の最高温度で動作可能であり、前記第２の最高温度は前記第１の最高温度よりも高い、第２の液対液熱交換器システムと、を具備してなることを特徴とする熱マネージメントシステム。
【請求項２】
前記燃料安定化システムは脱酸素システムを具備してなることを特徴とする請求項１に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項３】
前記第１の液対液熱交換器および前記第２の液対液熱交換器と流体燃料連通状態の燃料ポンプをさらに具備し、前記燃料ポンプは前記第１の液対液熱交換器と前記第２の液対液熱交換器との間に存在することを特徴とする請求項１に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項４】
前記第１の液対液熱交換器および前記第２の液対液熱交換器は燃料対オイル熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項５】
前記第２の液対液熱交換器はエステルベースオイルを使用することを特徴とする請求項１に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項６】
前記エステルベースオイルは、カ氏３２５度以上で働くことを特徴とする請求項５に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項７】
前記第１の最高温度は、およそカ氏３２５度を超えないことを特徴とする請求項１に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項８】
前記第１の液対液熱交換器は、ファンギヤードガスタービンエンジンのファンギアオイルシステムと流体連通状態であることを特徴とする請求項１に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項９】
前記第２の液対液熱交換器は、ガスタービンエンジンオイルシステムと流体連通状態であることを特徴とする請求項１に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項１０】
前記第２の液対液熱交換器は、およそカ氏３２５度以上で働くオイルを使用することを特徴とする請求項９に記載の熱マネージメントシステム。
【請求項１１】
ガスタービンエンジン用の熱マネージメント方法であって、
（１）脱酸素燃料を供給するため燃料を脱酸素処理するステップと、
（２）第１の最高温度で動作可能な第１の液対液熱交換器システムを経て前記燃料を移送するステップと、
（３）第２の最高温度で動作可能であり、前記第２の最高温度が前記第１の最高温度よりも高い、第２の液対液熱交換器システムを経て前記脱酸素燃料を移送するステップと、を具備することを特徴とする熱マネージメント方法。
【請求項１２】
前記ステップ（２）はさらに、前記第１の液対液熱交換器を経て前記脱酸素燃料およびオイルを移送するステップを具備し、前記オイルは、およそカ氏３２５度以上で有効であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（２）はさらに、前記第１の液対液熱交換器を経て前記脱酸素燃料およびオイルを移送すると共に前記オイルがおよそカ氏３２５度を超えるのを抑止するステップを具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
およそカ氏３２５度を超えることができない補助システムと連通状態のオイルループを経て前記オイルを移送するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（３）はさらに、前記第２の液対液熱交換器を経て前記脱酸素燃料およびオイルを移送するステップを具備し、前記オイルはおよそカ氏３２５度以上で有効であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（３）はさらに、前記第２の液対液熱交換器を経て前記脱酸素燃料およびオイルを移送すると共に前記脱酸素燃料がカ氏３２５度を超えることを可能にするステップを具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（１）は前記ステップ（２）に先立って実施されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップ（２）の後、燃料ポンプによって前記脱酸素燃料を移送するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の液対液熱交換器から前記第２の液対液熱交換器へ前記脱酸素燃料を移送するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱マネージメントシステムに関し、さらに詳しくは、燃料安定化ユニットを使用しかつ高温システムを分離する熱マネージメントシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の航空機は、熱マネージメントおよび冷却のために高性能な熱マネージメントシステム（ＴＭＳ）を使用する。航空機の通常モードの運転においては、潤滑オイル、液圧流体、および装備品駆動装置(accessory drives)は冷却を必要とする。同時に、航空機の航空電子システムも、あるものは液体クーラントによって、そして他は空気によって、運転中、冷却を要するであろう。同時に、概して、エンジン効率を最大限に高めるために、主推進エンジンに供給される燃料を熱することが好ましい。
【０００３】
通常、燃料流は燃料オイル熱交換器と組み合わせて使用される。有用ではあるが、航空燃料の最高使用温度は、コークス化温度限界によって制限される。コークスの堆積は、エンジン性能の漸進的低下を引き起こす可能性がある。
【０００４】
このコークス化状態を最小限に抑えるため、ＴＭＳには、しばしば、追加的な気対液(air-to-liquid)熱交換器が採用される。これは、「ラムエア」、エンジンファンバイパス空気流、および／または「ブリードエア」のいずれかに熱を捨てる。
【０００５】
ラムエアは、航空機の前進速度の結果として航空機の空気取入れ口内に、文字どおり押し込まれる空気である。ラムエアを使用するためにこうむる不利益には、システム重量および空力抵抗が含まれる。さらに、ラムエアが使用ポイントへと運ばれるよう航空機内にラムエア回路を設置するのは困難である。その上、軍事的使用を目的とした航空機の場合、ラムエア取入れ口は、望ましくない航空機のレーダー反射をもたらすことがある。
【０００６】
ファンバイパス空気流はガスタービンエンジンのファンダクトから取り出される空気である。熱マネージメントにバイパス空気流を使用するためにこうむる不利益は、エンジンの作動効率の低下である。
【０００７】
ブリードエアは、ガスタービンエンジン、すなわち航空機の主推進エンジンまたは補助動力ユニットのいずれかのコンプレッサー部分から採られる空気である。ブリードエアを使用するためにこうむる不利益は、そこから空気が抽出されるエンジンの作動効率の低下である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、気対液熱交換器をできる限り少なくする、効果的で、軽量な熱マネージメントシステムを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による燃料をベースとする熱マネージメントシステムは、燃料安定化システムを具備し、これは、燃料が従来のコークス化温度を超えることを可能にする。気対液熱交換器を減らすことが可能となり、しかも高温システムコンポーネントによって生じる熱は、燃料安定化システムによってより高温で働く燃料に捨てられる。高温コンポーネントは、より高い作動温度においてさえ、燃料が、高温コンポーネントから燃料へと熱を伝達するために吸熱源として機能するよう、燃料流路に沿って配置される。
【００１０】
本発明は、最適高温エステルベースオイルを使用するが、これは、現在のオイル温度限界を超えるエンジンオイルループを可能にし、しかも燃料への効率よい廃熱を可能にする高温を実現する。
【００１１】
それゆえ、本発明は、気対液熱交換器をできる限り少なくする、効果的で、軽量な熱マネージメントシステムを提供する。
【００１２】
本発明のさまざまな特徴および利点は、目下の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から当業者には明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、エネルギー変換装置（ＥＣＤ）１２用の、燃料をベースとした熱マネージメントシステム（ＴＭＳ）１０の概略全体図である。燃料安定化システム（ＦＳＵ）１４は、リザーバー１６から液体燃料を受け取る。
【００１４】
通常、燃料は、一つ以上（三つを図示する）の液対液(liquid-to-liquid)熱交換器補助システム１８，２０および２２用のクーラントとして作用する。燃料は、それが燃料流路に沿って配置されたコンポーネントから熱エネルギーを汲み出すので、燃料流路に沿って漸進的に加熱される。加熱された燃料は、その後、ＥＣＤ１２内の燃焼用燃料インジェクターへと供給される。
【００１５】
ＥＣＤ１２はさまざまな形態で存在可能である。その内部で、燃料は、処理のため、燃焼のため、またはある形態のエネルギー解放のための最終的使用に先立つあるポイントにおいて、酸素が燃料にかなりの程度溶け込んでいる場合には、自動酸化反応およびコークス化を維持するため十分な熱を必要とする。ＥＣＤ１２の一つの形態は、ガスタービンエンジン、特にターボファン２４（概念的に図示する）を備えるギヤード(geared)ターボファンエンジンである。これは、ファンギアシステム２６（概念的に図示する）を経て減速される。
【００１６】
燃料は、通常、液体ジェット燃料のような炭化水素である。ＦＳＵ１４は脱酸素システム２８を備え、これは、液体燃料からそれに溶けた酸素を除去することで、コークス化を伴わずに、非常に高い温度において燃料が安定したままでいることを可能にし、これが、燃料にその熱を捨てるため、より高温の負荷を可能にする。さまざまな脱酸素システムが本発明から利益を得るであろうことを理解すべきである。
【００１７】
リザーバー１６から燃料は、それが燃料ブーストポンプ３２を経て燃料安定化システム（ＦＳＵ）１４へ移送されるとき、液圧装置補助システム３０用のクーラントとして機能する。燃料ブーストポンプ３２から燃料は、第１および第２の液対液熱交換器補助システム１８，２０用のクーラントとして機能する。第１の液対液熱交換器補助システム１８はジェネレーターオイルループ３４を備える。第１の液対液熱交換器補助システム１８から燃料は、主燃料ポンプ３８への燃料の移送に先立って、ファンギアオイルループ３６を備える第２の液対液熱交換器補助システム２０へ移送される。
【００１８】
第１および第２の液対液熱交換器補助システム１８，２０は、好ましくは、従来型航空機のオイル温度にて作動するが、これは、通常、およそカ氏３２５度よりも低い温度である。すなわち、ジェネレーターオイルループ３４およびファンギアオイルループ３６によって冷却されるコンポーネントは、好ましくは、およそカ氏３２５度以下で作動させられる。同時に、主燃料ポンプ３８以前の燃料流は、オイルループ３４，３６から熱エネルギーを受け取り、そしてこれによっておよそカ氏３２５度以下のままとなる。主燃料ポンプ３８内でのキャビテーションを最小限に抑えるため、主燃料ポンプ３８の前では、燃料はおよそカ氏３２５度以下のままでいることが好ましい。
【００１９】
燃料温度は、それが第１の液対液熱交換器補助システム１８から第２の液対液熱交換器補助システム２０へと移送されるとき増大する。好ましくは、最も温度に敏感なコンポーネントは、ＥＣＤ１２の最も遠い上流に配置される。すなわち、ＥＣＤ１２から遠く離れるほど燃料温度は低くなる。だが、主燃料ポンプ３８がおよそカ氏３２５度以上の燃料温度で作動することができるならば、ＦＳＵ１４からの脱酸素燃料はカ氏６００から８００度の範囲の熱エネルギーを受け取ることになるので、燃料温度がおよそカ氏３２５度を超えることも許される、ということを理解すべきである。
【００２０】
主燃料ポンプ３８から燃料は、第３の液対液熱交換器補助システム２２用のクーラントとして機能する。第３の液対液熱交換器補助システム２２はエンジンオイルループ４０を備える。エンジンオイルループ４０によって冷却されるコンポーネントは、最も耐熱性のあるものであり、しかもおよそカ氏３２５度を超えることが許される。好ましくは、エンジンオイルループ４０によって冷却されるコンポーネントは、最適化高温エステルベースオイルを使用し、これはおよそカ氏３２５度を超える温度で働く。そうした最適化高温エステルベースオイルは、ＧＴＯ７という商品名で、フランス、パリのＮＹＣＯ Ｓ.Ａ.によって生産されている。脱酸素燃料と組み合わされた最適化高温エステルベースオイルの温度熱保持能力は、関連するコンポーネントが従来のカ氏３２５度の温度限界以上で作動することを可能にする。
【００２１】
脱酸素燃料と組み合わせた場合、燃料流によって冷却されるコンポーネントは、好ましくは、高温オイルおよびより高温の脱酸素燃料の増大した温度性能を有利に利用するため、燃料流路に沿って別個に配置される。すなわち、初めのオイルループ３４，３６を前もって冷却するのに利用された後、燃料温度は非常に高くなるが、高温の燃料は依然として、高温で作動可能なコンポーネントを備えた、一層高温のエンジンオイルループ４０用の吸熱源として機能する。それゆえ、追加の気対液熱交換器の必要性は最小限になるか、あるいは排除される。
【００２２】
最適化高温エステルベースオイルはまた、好ましくは、増大した温度性能の全ての利点を利用できなくても、第１および第２の液対液熱交換器補助システム１８，２０と共に使用される。その上、温度能力に応じたオイルループの分離は、より高温で作動可能なコンポーネントが、高温オイルと、たとえばエンジンオイルループ４０内のそれのような一層高温のコンポーネントに対して吸熱源として作用する（高められた温度で燃料流路の後方においてではあるが）脱酸素燃料との能力をさらに完全に利用することを可能にする。
【００２３】
ＦＳＵ１４の位置は数ある可能な位置のうち一つだけが示されており、しかもＦＳＵはこれに代えて第１および第２の液対液熱交換器補助システム１８，２０間または主燃料ポンプ３８の下流に位置させてもよく、耐熱コンポーネントと共に高温で有利に使用されるために依然として燃料から酸素を除去する、ということを理解すべきである。
【００２４】
図示した実施形態では特定のコンポーネント構成を開示したが、他の構成でも本発明から利益を得るであろうことを理解すべきである。
【００２５】
特定のステップシーケンを図示し、説明し、特許請求したが、このステップは、別に言及しない限り、いかなる順序で実施されても、分離させられても、あるいは組み合わされてもよく、しかも依然として本発明から利益を得るであろうことを理解すべきである。
【００２６】
上記説明は、制限による限定というよりもむしろ例証的なものである。上記内容に鑑みれば、本発明のさまざまな変更および変化が可能である。本発明の好ましい実施形態について開示したが、普通の当業者であれば、本発明の範囲内である程度の変更が可能であることを認識するであろう。それゆえ、特許請求の範囲内で、本発明は、具体的に説明されたもの以外にも実施可能であることを理解すべきである。この理由から、特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を特定するために検討されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従った、統合された熱マネージメントシステムの概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  熱マネージメントシステム（ＴＭＳ）
１２  エネルギー変換装置（ＥＣＤ）
１４  燃料安定化システム（ＦＳＵ）
１６  リザーバー
１８，２０，２２  液対液熱交換器補助システム
２４  ターボファン
２６  ファンギアシステム
２８  脱酸素システム
３０  液圧装置補助システム
３２  燃料ブーストポンプ
３４  ジェネレーターオイルループ
３６  ファンギアオイルループ
３８  主燃料ポンプ
４０  エンジンオイルループ
【図１】
2005207415.tif 000003