(57)【要約】熱交換機（１０）が、コア組立体（１２）、このコア組立体（１２）のための複数のマニホルド（１４、１６）およびコア組立体（１２）の部分周りに巻き付けられるウェブ（２６）を含む。このウェブ（２６）が、マニホルド（１４、１６）のうちの少なくとも１つをコア組立体（１２）に固定する。
2004503738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア組立体（１２）と、
コア組立体（１２）のための複数のマニホルド（１４、１６）と、
コア組立体（１２）の部分周りに巻き付けたウェブ（２６）とを備え、ウェブ（２６）が、少なくとも１つのマニホルド（１４、１６）をコア組立体（１２）に固定する熱交換機（１０）。
【請求項２】
ウェブ（２６）が複数のストランド（２８）を含む、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項３】
ウェブ（２６）が、多数の層（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）を含み、層（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）が相互に対して異なる角度に配向されている、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項４】
ウェブ（２６）が、高圧流体をコア組立体（１２）へ、かつコア組立体から誘導するマニホルド（１４、１６）の周りに巻き付けられている、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項５】
ウェブ（２６）が、マニホルド（１４、１６）の実質的に表面全体の周りに巻き付けられている、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項６】
少なくとも１つのマニホルド（１１４、１１６）をコア組立体（１１２）に固定するために、ウェブ（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ）の追加的なグループをさらに備える、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項７】
コア組立体（１１２）が、複数の補強バー（１３４）を含み、さらにウェブ（１２８）が、補強バー（１３４）のうちの少なくとも１本の一端（１３５）に沿って延長する、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項８】
表面（１３５）が、補強バー（１３４）のうちの少なくとも１本から延長し、延長表面（１３５）が、ウェブ（１２８）を支持しかつ経路に通す、請求項７に記載の熱交換機。
【請求項９】
ウェブ（２６）が、熱交換機（１０）の高応力領域の周りに巻き付けられる、請求項１に記載の熱交換機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は熱交換機に関する。より具体的には、本発明はマニホルドを熱交換機のコア組立体に取り付けることに関する。
【０００２】
熱交換機は多様な応用例に使用できる。熱交換機は、熱を熱空気から冷空気へ、より一般的には熱流体から冷流体へ移動するために使用することができる。処理可能な流体は、高温の排気ガスから極低温の流体に及ぶ。
【０００３】
熱交換機は、航空機の環境制御システムで一般に使用されている。典型的な航空機の熱交換機は、コア組立体と吸気口および排気口マニホルドとを含み、これらのマニホルドがコア組立体に接着、溶接、リベット留めまたは別様に固定されている。マニホルドは、熱空気および冷空気、または熱流体および冷流体を、コア組立体を貫通する熱気側通路から冷気側通路へ、かつ冷気側通路から熱気側通路へと誘導する。熱交換機の動作中、高温の圧縮された抽気を熱気側通路に供給し、かつ周囲の空気を冷気側通路に供給する。圧縮熱が、熱気側通路を通過する熱気回路から、冷気側通路を通過する冷気回路へ交換される。抽気は、航空機エンジンの圧縮段階によって供給可能である。
【０００４】
抽気は高圧で供給される。その上、航空機の環境制御システムは高い高度と極端な温度で動作することが多い。このような苛酷な環境では、マニホルドに対する構造的な負荷が不均衡になる恐れがある。
【０００５】
負荷が不均衡になると、マニホルドがコア組立体から分離する恐れがある。分離が発生すると、その結果は破局的なものとなり得る。
（発明の概要）
本発明の一つの態様によれば、熱交換機が、コア組立体、このコア組立体のための複数のマニホルドおよびコア組立体の部分周りに巻き付けたウェブを含む。このウェブは、少なくとも１つのマニホルドをコア組立体に固定する。
【０００６】
（発明の詳細な説明）
本発明は、コア組立体、このコア組立体のための吸気口および排気口マニホルド、およびコア組立体の部分周りに巻き付けたマニホルド補強ウェブを含む熱交換機において実施される。このコア組立体は具体的な種類のいずれにも限定されない。例えば、このコア組立体がプレート・フィン型でもよい。吸気口および排気口マニホルドを、コア組立体に溶接しても（しかし、溶接する必要はない）あるいは別様に接着してもよい。補強ウェブは、吸気口および排気口マニホルドをコア組立体に固定する。この補強ウェブは大きな応力を受ける領域に強度を与え、さらにそれによって苛酷な環境条件下でマニホルド／コア組立体の分離を防止する。しかし、マニホルドをコア組立体に固定する従来の方法と比較して、この補強ウェブはわずかな重量でより大きな強度を与える。
【０００７】
補強ウェブなしの熱交換機１０を示す図１を参照されたい。熱交換機１０が、コア組立体１２、コア組立体１２の１つの側面に取り付けた吸気口マニホルド１４およびこの吸気口マニホルド１４に近接して、コア組立体１２の同じ側面に取り付けた排気口マニホルド１６を含む。吸気口マニホルド１４は吸気口開口部１８を含み、排気口マニホルド１６は排気口開口部２０を含む。それぞれのマニホルドのための単一の開口部を示すが、マニホルド１４および１６が、相互に対して並列に配置した複数の吸気口および排気口開口部を有することができる。吸気口および排気口マニホルド１４および１６を、相互に近接して位置する別体の部材として、あるいは好ましくは単一の部材として形成することができる。マニホルド１４および１６がコア組立体１２の同じ側面に取り付けるように示されているが、吸気口および排気口マニホルド１４および１６を、コア組立体１２の対向側面に取り付けてもよい。
【０００８】
吸気口マニホルド１４は、コア組立体１２内部の第１流体通路に向けて高圧流体を誘導することができ、かつ排気口マニホルド１６は、第１流体通路から離れる方向に高圧流体を誘導することができる。図示しないが、この第１流体通路が、湾曲した構成を有することは明らかである（吸入口および排出口開口部１８および２０がコア組立体１２の同じ側面上に配置されているからである）。したがって、加圧された流体は、このコア組立体１２を２回以上通り抜けて流れ、第１流体通路は一般に、多流または逆流型と呼ばれる。熱交換機１０の動作中、第１流体通路の両端間で圧力降下が生じることになるのが典型である。圧力降下の程度が、コア組立体１２内部の流れ構成によって一部左右される。
【０００９】
１対のフランジ部２２および２４が、コア組立体１２の対向側部上にある。これらのフランジ部２２および２４によって、第２の１対のマニホルドをコア組立体１２に取り付けることができる。この第２の１対のマニホルドが、コア組立体１２内部の第２流体通路に向けて低圧流体を誘導し、かつこの第２流体通路から離れる方向に低圧流体を誘導する。第２流体通路は相対的に直線的である。熱交換機１０の動作中、やはり第２流体通路の両端間で圧力降下が生じることになる。
【００１０】
コア組立体１２は、金属または非金属でもよい。同様に、マニホルド１４および１６も金属または非金属でよい。
ここで図２から４を参照すると、コア組立体１２とマニホルド１４および１６の大きな応力を受ける部分周りにマニホルド補強ウェブ２６が巻き付けてあり、圧力および負荷要件を維持する境界を創出する。強化クロスに類似するウェブ２６が、相互に結合する幾本かの別体のストランド２８を含む。これらのストランド２８は、ガラス、カーボン、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、ポリイミド積層品または強化プラスチックなどの複合材料から作製できる。代替的には、予備含浸材料（プレプレグ）を使用してもよい。鋼鉄などの金属からでも、これらのストランド２８を作製できる。ストランド２８の直径、剛性および引張強度などの特徴は、用途ごとに特定的である。複数の別体のストランド２８が好ましいのは、動作中、熱交換機１０に対して加わる不均衡な負荷にも拘わらず、これらの複数のストランド２８が結合して、マニホルド１４および１６を定位置に保持するのに十分な強度を呈するからである。
【００１１】
図２は、ストランド２８が開口部１８および２０を除いて、マニホルド１４および１６の表面全体の周りに巻き付けてある１つの巻き付けパターンを示す。これらのストランド２８は、マニホルド１４および１６の対向側にある、コア組立体１２の側面プレート１３（見えていないが、全体として１３で参照する）周りにも巻き付けてある。これらのウェブ２８は、空気の流れ、またはフランジ部２２および２４に取り付けられるマニホルド（図示せず）の支障にならないように、コア組立体１２の側面プレート周りに巻き付けてある。
【００１２】
ウェブ２６がストランド２８の多数の層２８ａ、２８ｂおよび２８ｃを有することを示す図３に注目されたい。これらの層２８ａ、２８ｂおよび２８ｃがそれぞれ、ウェブ２６の全体的な強度に寄与する。全体的な強度を最大にするために、これらの層２８ａ、２８ｂおよび２８ｃを相互に対して角度をもって形成することができ、自動車のタイヤのパイルと同様な巻き付けストランド組立体を創出する。層２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは、相互に対して相対的に約４５度（４５°）の角度に配向されていることが好ましい。
【００１３】
図４は、ウェブ・ストランド１２８の３つの別体のグループ１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃが、マニホルド１１４および１１６をコア組立体１２に固定する一つの代替熱交換機１１０を示す。グループ１２６ａ、１２６ｂおよび１２６ｃが、マニホルド１１４および１１６の中間部分および端部分を固定する。ストランド１２８のグループ１２６ａ、１２６ｂおよび１２６ｃのそれぞれを、コア組立体１１２の補強バーから延長する表面と位置合わせし、かつその表面によって経路に通す。したがって、ストランド１２８はいずれもコア組立体１１２を貫通する空気の流れ通路を妨害することがない。
【００１４】
図５は、コア組立体１１２の改変補強バー１３４をより詳細に示す。プレート・フィン型のコア組立体１１２は、一重なりの複数のフィン組立体１３０とチューブ・プレート１３２とを含む。これらのフィン組立体１３０の間に配置したチューブ・プレート１３２が、フィン組立体１３０をそれらの適正な位置に支持すると共に、流体が流体通路の間に漏出するのを防止する。密閉バーおよび補強バー１３４は、チューブ・プレート１３２の端部に固着され、フィン組立体１３０にフレーム構造を設ける。補強バー１３４をコア組立体１２の周りに配置することができる。
【００１５】
ウェブ・ストランド１２８を支持しかつ経路に通すために、延長された実質的にヨーク形状の支持表面１３５を有するように、補強バー（図５に示した補強バー１３４を含む）の幾本かを改変する。ウェブ材料が熱交換機１１０に対して及ぼす圧縮圧に応じて、延長表面１３５は、コア組立体１１２から離れる方向にまたはそれに向かって延長することができよう。改変補強バー１３４の数、箇所および間隔は設計上の選択である。
【００１６】
改変補強バー１３４を含めてコア組立体１１２を、鋼鉄またはアルミニウムなどの金属、あるいはカーボン複合物などの非金属材料から作製することができる。コア組立体１１２がアルミニウムなどの押出し成形可能な材料から作製される場合は、補強バー１３４を押出し成形によって作製してもよい。
【００１７】
ストランドを延長表面１３５に配置し、さらにウェブ１２６をコア組立体１１２の部分周りに巻き付けた後で、フランジ１２２および１２４（図４を参照）を取り付けることができる。したがって、ストランド１２８をフランジ１２２および１２４によってピン留めすることができる。
【００１８】
ここで、コア組立体の周りにカーボン・ファイバ・ウェブを巻き付ける方法を説明する。コア組立体を製造した後で三つの方法を実施し、マニホルドをコア組立体に接着またはそれに対接して配置する。
【００１９】
所望の積層が得られるまで、樹脂含浸カーボン・ファイバ材料の単一または多数のパイル（「層」とも呼ぶ）を１度に１層ずつ型の中に配置する。熱交換機が、ウェブに輪郭を与えるための心金になる。それぞれの層は通常、約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）ずつウェブの厚みを加えることになる。それぞれの層を前の層に対して実質的に４５度の角度に積層することができるが、このような配向が可能なところでは必ず実施する。これらのパイルをそれらの適切な長さに切断し、わずかな部分が概ね型のトリムを越えて出るようにする。テンプレートを使用して、このカーボン・ファイバ材料を切断することができる。
【００２０】
積層がいったん熱交換機上に得られたら、個々のパイルを熱風送風機によって熱接着することができる。この積層に一層の多孔セロハン・シートを被せてもよい。
【００２１】
接着樹脂の削減および強度の向上のために、真空バッグを使用することができる。真空バッグを積層に被せて、このバッグによって型およびカーボン・ファイバ・パイルを密閉する。バッグを封止してゆっくり減圧する。このバッグが積層および型に緊密に引き寄せられたら、空気および余分な樹脂をローラまたは同様な道具で拭き取る。
【００２２】
次いでウェブを硬化させる。硬化する間、温度を約１７７℃（３５０°Ｆ）に達するまで段階的に上昇させる。ウェブが硬化したら、真空を解消する。次いで硬化後処理の間、この材料を追加的に加熱することができる。ウェブがいったん硬化したら、熱交換機は動作準備が整う。
【００２３】
ウェブの硬化後に、熱交換機の構成要素を補修または交換することができる。ウェブを切開、取り壊しまたは別様に除去して、これらの構成要素にアクセスできる。これらの構成要素を交換した後、新たなウェブをコア組立体の周りに巻き付けることができる。
【００２４】
ウェブは、縦方向および横方向に非常に大きな機械的強度を与えることができる。しかし、マニホルドをコア組立体に溶接したり、あるいは別様に固着する場合でも、ウェブを使用することができる。このような組合せによって、接着目地の強度がウェブ固有の強度に効果的に結び付く。その上、これによって溶接部の付着物を少なくすることができる。
【００２５】
図示しないが、ウェブを使用して第２の１対のマニホルドをコア組立体に固定することもできる。
強化プラスチックから作製されるウェブは、この強化プラスチックの熱限界を解消するための冷却経路を設けるように設計可能である。
【００２６】
ウェブは、上で説明した層の数または層の配向に限定されない。マニホルドに対する想定負荷に見合うように、設計上の選択、すなわちコア組立体の周りに巻き付ける層の数を選択することができる。
【００２７】
ウェブは、図に示した巻き付けパターンに限定されない。ウェブが部分的にコア組立体を取り巻くこと、それがコア組立体を完全に取り巻くこと、あるいはそれをコア組立体の対向側面に接着すること等が可能である。
【００２８】
ウェブ・グループの数およびウェブ・グループの特定の位置決めも設計上の選択である。熱交換機の選択的な（例えば、大きな負荷を受ける）領域に巻き付けてマニホルドを定位置に保持することができる。
【００２９】
熱交換機は多様な応用例で使用することができる。この熱交換機を空気対空気または他の流体対流体の熱交換機として使用できる。処理可能な流体は、高温の排気ガスから極低温の流体に及ぶ。
【００３０】
例えば、この熱交換機をオイル／燃料クーラーの組合せとして使用できる。オイルが熱気側通路を通過し、燃料が冷気側通路を通過する。オイルからの熱が燃料に移動する。ウェブによって、マニホルドがコア組立体から分離し、さらに火災が発生する可能性が低下する。
【００３１】
図６を参照すると、熱交換機１５０を航空機環境制御システム（「ＥＣＳ」）１５２で使用することができる。高温の圧縮空気（例えば、航空機エンジンの圧縮段階からの抽気）が、（通路１５１を経由して）熱交換機１５０の吸入口マニホルドに供給され、さらにコア組立体中の熱気側通路を通って流れる。その圧縮熱が、高温の圧縮空気から、コア組立体中の冷気側通路を通って流れる周囲の空気へ移動する。熱交換機１５０の排気口マニホルドが、空気調節システム１５４の吸入口に結合されている。圧縮空気をコア組立体へ、かつそれから誘導するマニホルドが、少なくとも１つの補強ウェブによってコア組立体に固定されている。
【００３２】
熱交換機１５０によって冷却された圧縮空気が、（通路１５３を経由して）空気調節システム１５４に供給される。この空気調節システム１５４は、抽気を膨張させ、さらに水分の分離または抽出によって抽気に同伴する水滴を除去する。空気調節システム１５４から出ていく冷却かつ調節された空気が、（通路１５５を経由して）航空機のキャビンまたは他の密閉隔室へ供給される。
【００３３】
本発明は以上に説明した特定の実施形態に限定されない。そのかわりに、本発明は添付の特許請求の範囲にしたがって解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換機のコア組立体の部分周りにマニホルド補強ウェブを巻き付ける前の熱交換機を例示する図である。
【図２】ウェブをコア組立体の周りに巻き付けた後の熱交換機を例示する図である。
【図３】ウェブの異なるストランドの層の異なる配向が示されている、図２の熱交換機を示す正面図である。
【図４】ウェブをコア組立体の周りに巻き付けた後の一つの代替熱交換機を例示する図である。
【図５】延長補強バーによってウェブのストランドを経路に通す、図４の熱交換機の延長補強バーを示す図である。
【図６】マニホルド補強ウェブを有する熱交換機を含む環境制御システムを例示する図である。
【国際公開パンフレット】
2004503738.tif 000003
2004503738.tif 000004
2004503738.tif 000005
2004503738.tif 000006
2004503738.tif 000007
2004503738.tif 000008
2004503738.tif 000009
2004503738.tif 000010
2004503738.tif 000011
2004503738.tif 000012
2004503738.tif 000013
2004503738.tif 000014
2004503738.tif 000015
2004503738.tif 000016
2004503738.tif 000017
2004503738.tif 000018
【国際調査報告】
2004503738.tif 000019
2004503738.tif 000020
2004503738.tif 000021