(57)【要約】【課題】  付加製造されたフェアリングを有する付加製造されたダクテッド熱交換器システムを提供する。【解決手段】  ガスタービンエンジン用のダクテッド熱交換器システムは、輪郭形成された外部及び／または内部形状を有する付加製造された熱交換器コアを含む。ガスタービンエンジン用の熱交換器を付加製造する方法は、熱交換器のコアを付加製造し、流れ面積に対する局所表面積の比率を設定して、そのコアに沿った単位長当たりの圧力低下を制御することを含む。【選択図】図６
2016079985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用のダクテッド熱交換器システムであって、
熱交換器コアと、
前記熱交換器と連通するフェアリングであって、付加製造された表面を含む、フェアリングと、
を備える、ダクテッド熱交換器システム。
【請求項２】
前記付加製造された表面は、熱伝達を容易にする材料から製造される、請求項１に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項３】
前記付加製造された表面は、少なくとも部分的にアーチ形である、請求項２に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項４】
前記付加製造された表面は、前記コアの延長部である、請求項１に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項５】
前記付加製造された表面は、前記コアを少なくとも部分的に支持するフレームの延長部である、請求項１に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項６】
前記付加製造された表面は、前記フレーム用の装着配置の延長部である、請求項５に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項７】
前記コアが付加製造される、請求項１に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項８】
前記コアの前面は非平坦であり、前記コアは少なくとも部分的にアーチ形である、請求項７に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項９】
前記コアの前記前面は、前記コアに入る空気流が前記前面の全体にわたって前記前面に対してほぼ垂直になるように輪郭形成される、請求項８に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１０】
前記コアの前記前面は、前記コアが内部に配置されたダクトの入口拡散領域へと延在し、前記ダクトは、前記フェアリングと連通する、請求項９に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１１】
前記コアの前記前面は、前記フェアリングに対して輪郭形成される、請求項８に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１２】
前記コアの背面は非平面であり、前記コアは少なくとも部分的にアーチ形である、請求項１に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１３】
前記コアの前記背面は、前記コアから出る空気流が、前記背面全体にわたって前記背面に対してほぼ垂直になるように輪郭形成される、請求項１２に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１４】
前記コアの前記背面は、前記コアが内部に配置されたダクトの出口収縮領域へと延在し、前記ダクトは、前記フェアリングと連通する、請求項１３に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１５】
ガスタービンエンジン用のダクテッド熱交換器システムであって、
付加製造された熱交換器コアと、
前記熱交換器コアの上流にあり、かつ該熱交換器コアと連通している付加製造された入口フェアリングと、
前記熱交換器コアの下流にあり、かつ該熱交換器コアと連通している付加製造された出口フェアリングと、
を備える、ダクテッド熱交換器システム。
【請求項１６】
前記付加製造された熱交換器コアは、等価熱容量の「レンガ」形状の熱交換器と比較して、前記付加製造された熱交換器コアの容積が１５〜２０％減少された、請求項１５に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１７】
前記付加製造された熱交換器コアは、前記付加製造された入口フェアリングおよび前記付加製造された出口フェアリングに対して輪郭形成される、請求項１５に記載のダクテッド熱交換器システム。
【請求項１８】
ガスタービンエンジン用のダクテッド熱交換器システムのフェアリングの製造方法であって、
熱伝達を容易にする材料から製造された少なくとも１つの表面を提供するように、フェアリングを付加製造する、
ことを備えた、製造方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの表面が、熱交換器として動作する、請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの表面は、ヒートシンクとして動作する材料から付加製造される、請求項１８に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換器に関し、より具体的には、ガスタービンエンジン用の付加製造された熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近代の商用及び軍用航空機に動力を供給するエンジンのようなガスタービンエンジンは、典型的には、熱交換器及びエンジン熱を空気流と交換する関連機器を有するダクテッド熱交換器システムを含む。ガスタービンエンジンのアーキテクチャは、典型的には、エンジンを囲むナセル内へのダクテッド熱交換器の配置を指示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の熱交換器のコアは、一部に製造の複雑さの理由から、均一な内部及び外部形状を有する。効果的ではあるが、熱交換器は、熱交換器全体に対して厚さまたは材料の変化の増大を促進する局部応力集中または他の構造的要求に晒され得る。これが、結果としてＴＭＳの重量及び経費の増加をもたらす。熱交換器はまた、典型的には、ガスタービンエンジン環境に典型的な変動熱境界条件に晒されたときに異なる速度で膨張する異種金属で構成され、これが、熱交換器の寿命をさらに制限し得る。
【０００４】
ダクテッド熱交換器はまた、空気を熱交換器上に分配するように空気力学的に輪郭形成されたナセル内の入口流れガイド及び出口流れガイドを利用する。これらの表面に利用される製造技法は、最適化された空気力学的形状に必ずしも寄与するわけではなく、理想的なナセルの空気力学的設計に影響を与え得る。これが、結果としてエンジン性能の欠陥となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の１つの開示される非限定的な実施形態によるガスタービンエンジン用ダクテッド（ｄｕｃｔｅｄ）熱交換器システムは、熱交換器と連通するフェアリングを含み、フェアリングは、付加製造された表面を含む。
【０００６】
本開示のさらなる実施形態は、付加製造された表面は、熱伝達を容易にする材料から製造されることを含む。
【０００７】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、付加製造された表面は、少なくとも部分的にアーチ形であることを含む。
【０００８】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、付加製造された表面は、コアの延長部であることを含む。
【０００９】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、付加製造された表面は、コアを少なくとも部分的に支持するフレームの延長部であることを含む。
【００１０】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、付加製造された表面は、フレームの装着配置の延長部であることを含む。
【００１１】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアは付加製造されることを含む。
【００１２】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアの前面は非平坦であり、コアは少なくとも部分的にアーチ形であることを含む。
【００１３】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアの前面は、コアに入る空気流が前面の全体にわたってその前面に対してほぼ垂直になるように輪郭形成されることを含む。
【００１４】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアの前面は、コアが内部に配置されたダクトの入口拡散領域へと延在し、ダクトはフェアリングと連通することを含む。
【００１５】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアの前面は、フェアリングに対して輪郭形成されることを含む。
【００１６】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアの背面は非平坦であり、コアは少なくとも部分的にアーチ形であることを含む。
【００１７】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアの背面は、コアから出る空気流が背面の全体にわたってその背面に対してほぼ垂直になるように輪郭形成されることを含む。
【００１８】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、コアの背面は、コアが内部に配置されたダクトの出口収縮領域へと延在し、ダクトがフェアリングと連通することを含む。
【００１９】
本開示の１つの開示される非限定的な実施形態によるガスタービンエンジン用ダクテッド熱交換器システムは、熱交換器コアと、熱交換器コアの上流にあり、かつこれと連通している付加製造された入口フェアリングと、熱交換器コアの下流にあり、かつこれと連通している付加製造された出口フェアリングと、を含む。
【００２０】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、付加製造された熱交換器コアは、等価熱容量の「レンガ」形状の熱交換器と比較して、付加製造された熱交換器コアの容積の約１５〜２０％減少を提供することを含む。
【００２１】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、付加製造された熱交換器コアは、付加製造された入口フェアリングおよび付加製造された出口フェアリングに対して輪郭形成されることを含む。
【００２２】
本開示の１つの開示される非限定的な実施形態によるガスタービンエンジン用ダクテッド熱交換器システムのフェアリングを製造する方法は、熱伝達を容易にする材料から製造された少なくとも１つの表面を提供するように、フェアリングを付加製造することを含む。
【００２３】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、少なくとも１つの表面が、熱交換器として動作することを含む。
【００２４】
本開示の前述の実施形態のうちのいずれかのさらなる実施形態は、少なくとも１つの表面が、ヒートシンクとして動作する材料から付加製造されることを含む。
【００２５】
前述の特徴部及び要素は、明示的に別様に示されない限り、非排他的な様々な組み合わせで組み合わせられ得る。これらの特徴部及び要素ならびにそれらの動作は、次の説明及び添付の図面に照らせば、より明らかになるであろう。しかしながら、次の説明及び図面は、本質的に例示であり、非限定的であるよう意図されることを理解されたい。
【００２６】
様々な特徴は、開示される非限定的な実施形態の次の詳細な説明を読めば、当業者には明らかになるであろう。図面中の構成要素は、必ずしも原寸に比例しているわけではない。そのうえ、図面中で、同様の参照番号は、いくつかの図面全体にわたって対応する部品を指定する。詳細な説明に付随する図面は、次のように簡単に説明することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ガスタービンエンジンのアーキテクチャの例の概略断面図である。
【図２】ダクテッド熱交換器システムを有する図１のガスタービンエンジンの例の概略図である。
【図３】流れを共通の空気ストリームと交換するダクテッド熱交換器システムの複数のロケーション例を有するナセルアセンブリの概略図である。
【図４】流れを異なる空気ストリームと交換するダクテッド熱交換器システムの複数のロケーション例を有するナセルアセンブリの概略図である。
【図５】１つの開示された非限定的な実施形態による熱交換器の概略図である。
【図６】１つの開示された非限定的な実施形態による熱交換器コアの例の斜視図である。
【図７】図６の熱交換器の断面図である。
【図８】別の開示された非限定的な実施形態によるダクテッド熱交換器システムの概略図である。
【図９】ダクテッド熱交換器システム用のフェアリングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、ガスタービンエンジン２０を概略的に示す。ガスタービンエンジン２０は、本明細書中では、一般的にファンセクション２２、圧縮機セクション２４、燃焼器セクション２６、及びタービンセクション２８を組み込む２スプール式ターボファンとして開示される。代替のエンジンアーキテクチャ２００は、他のシステムまたは特徴部のうちで、ファンセクション２２’、圧縮機セクション２４’、燃焼器セクション２６’、及びタービンセクション２８’（図２）に加えて、オーグメンタセクション１２、排気ダクトセクション１４、及びノズルセクション１６を含み得る。ファンセクション２２は、バイパス流路に沿って、圧縮機セクション２４中に空気を送り込む。圧縮機セクション２４は、圧縮及び連通用のコア流路に沿って、燃焼セクション２６中に空気を送り込み、燃焼セクションは次に、空気を膨張させて、タービンセクション２８中へと案内する。開示される非限定的な実施形態ではターボファンとして示されているとは言え、本明細書に記載する概念は、ターボファンでの用途に限定されないが、それは、これらの教示が、ターボジェット、ターボシャフト、及び中間スプールが低圧圧縮機（「ＬＰＣ」）と高圧圧縮機（「ＨＰＣ」）との間の中圧圧縮機（「ＩＰＣ」）及び高圧タービン（「ＨＰＴ」）と低圧タービン（「ＬＰＴ」）との間の中圧タービン（「ＩＰＴ」）を含む３スプール（プラスファン）式ターボファンなどの他の種類のタービンエンジンに適用され得るからであることを理解されたい。
【００２９】
エンジン２０は、エンジンケース構造３６に対してエンジンの中心長手方向軸を中心として回転するように装着された低スプール３０及び高スプール３２を一般的に含む。低スプール３０は、ファン４２、低圧圧縮機（「ＬＰＣ」）４４、及び低圧タービン（「ＬＰＴ」）４６を相互接続する内部シャフト４０を一般的に含む。内部シャフト４０は、直接にまたはギヤ付きアーキテクチャ４８を介してファン４２を駆動して、ファン４２を低スプール３０よりも低い速度で駆動する。減速トランスミッションの例は、遊星ギヤ式トランスミッション、すなわち、プラネタリギヤシステムまたはスターギヤシステムである。
【００３０】
高スプール３２は、高圧圧縮機（「ＨＰＣ」）５２及び高圧タービン（「ＨＰＴ」）５４を相互接続する外部シャフト５０を含む。燃焼器５６は、ＨＰＣ５２とＨＰＴ５４との間に配置される。内部シャフト４０及び外部シャフト５０は、同心であり、エンジンの中心長手方向軸を中心として回転する。
【００３１】
コアの空気流は、ＬＰＣ４４、次にＨＰＣ５２によって圧縮され、燃料と混合されて燃焼器５６中で燃焼されて、次に、ＨＰＴ５４及びＬＰＴ４６上で膨張する。ＬＰＴ４６及びＨＰＴ５４は、膨張に応答して、それぞれの低スプール３０及び高スプール３２を回転駆動する。主エンジンシャフト４０、５０は、ケース構造３６内のベアリングシステム３８によって複数のポイントで支持される。
【００３２】
１つの非限定的な例では、ガスタービンエンジン２０は、高バイパスギヤ付き航空機エンジンである。バイパス比は、約６（６：１）を超える。ギヤ付きアーキテクチャ４８は、プラネタリギヤシステムまたは他のギヤシステムなどの遊星ギヤトレーンを含み得る。遊星ギヤトレーンの例は、約２．３を超えるギヤ減速比を有し、別の例では、約２．５：１を超える。ギヤ付きターボファンにより、ＬＰＣ４４及びＬＰＴ４６の動作効率を増大させるとともに、より少ない段数で圧力を増加させることが可能な、より高速度での低スプール３０の動作を可能とする。
【００３３】
ＬＰＴ４６と関連付けられた圧力比は、ガスタービンエンジン２０の排気ノズルより前のＬＰＴ４６の出口での圧力に関連付けられた、ＬＰＴ４６の入口より前での測定された圧力である。１つの非限定的な例では、ガスタービンエンジン２０のバイパス比は、約１０（１０：１）を超え、ファンの直径は、ＬＰＣ４４をはるかに超え、ＬＰＴ４６は、約５（５：１）を超える圧力比を有する。しかしながら、上記のパラメータがギヤ付きアーキテクチャのエンジンの単なる一例であり、本開示が他のガスタービンエンジンにも適用可能であることを理解されたい。
【００３４】
１つの実施形態では、高いバイパス比によるバイパス流れによって、かなりの量の推力が提供され、ファンセクション２２は、特定の飛行条件、一般的には、約マッハ０．８及び約３５，０００フィートでの巡航用に設計される。ガスタービンエンジン２０がその最良の燃料消費率にあるこの飛行条件はまた、バケット巡航の推力当たり燃料消費率（ＴＳＦＣ）としても周知である。ＴＳＦＣは、単位推力当たりの産業標準パラメータである。
【００３５】
ファン圧力比は、ファン出口ガイドベーンシステムを使用しないファンセクション２２のブレード全体の圧力比である。１つの非限定的な例による低ファン圧力比は、１．４５未満である。低補正ファン先端速度は、（「Ｔram」／５１８．７）0.5という産業標準温度補正値で除算した実際のファン先端での速度である。ガスタービンエンジン２０の例の１つの非限定的な実施形態による低補正ファン先端速度は、約１１５０ｆｐｓ（３５１ｍ／ｓ）未満である。
【００３６】
図２を参照すると、ファン４２は、ファンバイパス流路Ｗに沿って、ファン出口ガイドベーンシステム６０を超えて空気を駆動する。ダクテッド（ｄｕｃｔｅｄ）熱交換器システム６２は、本明細書に定義するように、ファンナセル６８、コアナセル７０、分岐点７２、ファン出口ガイドベーンシステム６０、またはこれらの任意の組み合わせなどのナセルアセンブリ６６中に少なくとも部分的に組み込まれ、しかも、ファンバイパス流路Ｗと連通していると考えられ得る付加製造された熱交換器６４を含む。ナセルアセンブリ６６は図示する実施形態で利用されるとはいえ、様々な他の環境もまた、ダクテッド熱交換器システム６２を含むために用いられ得ることを理解されたい。
【００３７】
図３を参照すると、付加製造された熱交換器６４は、入口８２及び出口８４を同一の空気ストリームと連通状態に置き得る。例えば、入口８２及び出口８４は、自由ストリーム空気流と連通するためのファンナセル６８内（概略的に位置Ａと示す）、バイパスストリームストリーム空気流と連通するためにファンナセル６８内（概略的に位置Ｂと示す）、バイパスストリーム空気流と連通するためにコアナセル７０内（概略的に位置Ｃと示す）、及び／またはコアエンジンで（概略的に位置Ｄと示す）置かれ得る。様々な位置及び流路が、代わりにまたはさらに提供され得ることを理解されたい。
【００３８】
図４を参照すると、付加製造された熱交換器６４は、入口８２及び出口８４を異なる空気ストリームと連通状態に置き得る。例えば、付加製造された熱交換器６４は、入口８２がバイパスストリーム空気流Ｗと連通しており、出口８４が自由ストリーム空気流と連通している状態でファンナセル６８内に置かれ得る（概略的に位置Ｅと示す）。あるいは、付加製造された熱交換器６４は、入口８２がＬＰＣ４４などのコアエンジンと連通しており、出口８４がバイパスストリーム空気流と連通している状態でコアナセル７０内に置かれ得る（概略的に位置Ｆと示す）。様々な位置及び流路が、代わりにまたはさらに提供され得ることを理解されたい。
【００３９】
図５を参照すると、１つの開示される非限定的な実施形態の付加製造された熱交換器６４は、一般に、コア９０、フレーム９２、装着配置（ｍｏｕｎｔ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）９４、入口フェアリング９６、及び出口フェアリング９８を含む。コア９０、フレーム９２、装着配置９４、入口フェアリング９６、及び出口フェアリング９８などの特定の構成要素及び／またはアセンブリは個別に定義されるとは言え、各々または任意のものは、付加製造された熱交換器６４と本明細書で呼ばれるそれの内部で別様に組み合わされたりまたは隔離されたりし得ることを理解されたい。
【００４０】
コア９０、フレーム９２、装着配置９４、入口フェアリング９６、及び出口フェアリング９８は、個々にまたは集合的に、これらに限定されないが、立体リソグラフフィ（ＳＬＡ）、直接選択的レーザー焼結（ＤＳＬＳ）、電子ビーム焼結（ＥＢＳ）、電子ビーム融解（ＥＢＭ）、レーザー設計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）、及びレーザー粉末ベッド融着（ＬＰＢＦ）を含む付加製造プロセスで製造され得る。
【００４１】
付加製造プロセスは、これらに限定されないが、６２５合金、７１８合金、２３０合金、スレンレス鋼、工具鋼、コバルトクロム、チタン、ニッケル、アルミ、及び噴霧粉材料形態の他のものを含む噴霧合金（ａｔｏｍｉｚｅｄ  ａｌｌｏｙ）及び／またはセラミック粉末材料の層を連続的に構築する。６２５、７１８、２３０などの合金は、例えば、航空宇宙及びガスタービンエンジンの構成要素が一般的に遭遇する環境などの高温環境で動作する部品にとっては特定的な恩典を有し得る。
【００４２】
付加製造プロセスは、アセンブリの詳細及び複数構成要素構成を最小化するために比較的複雑な内部形状の製造を容易化する。付加製造プロセスは、３次元情報、例えば３次元コンピュータモデルを用いて、構成要素を加工するまたは「成長させる」。３次元情報は、複数のスライスに変換され、各々のスライスは、スライスの所定の高さに対する構成要素の断面を画定する。付加製造構成要素１４０は、次に、完成するまで、スライス毎にまたは層毎に「成長させられる」。各々の層は、約０．０００５〜０．００１インチ（０．０１２７〜０．０２５４ｍｍ）の大きさの例を有する。特定的な付加製造プロセスを開示するとは言え、製造の当業者であれば、層毎構成または付加加工を用いる他の任意の適切な迅速製造方法も代わりに用いることが可能であることを認識するであろう。
【００４３】
熱疲労は、一般的に、熱交換器の主要な寿命制限特徴である。付加製造熱交換器６４の低サイクル疲労は、付加製造などの単一材料製造方法で容易に増加し得る。すなわち、付加製造は、従来の波型またはロウ付けされたアセンブリ技法に基づく異種材料を必要とする従来の製造と比較して、同一材料からコア９０、フレーム９２、装着配置９４、入口フェアリング９６、及び出口フェアリング９８を製造することを可能とする。容易に利用可能な最適化技法を開発して、熱伝達要件に基づく減少した熱疲労を提供する表面の特徴及び形状を指定することが可能である。付加製造による単一材料構成は、熱伝達の熱慣性及び構造表面を管理しながらも、単一の熱膨張係数の恩典を提供する。
【００４４】
図５を引き続き参照すると、コア９０は、フレーム９２内に位置し、装着配置９４によってダクト１００内に装着されて、コア９０を、入口フェアリング９６と出口フェアリング９８との間に位置付ける。本明細書で定義するコア９０は、プレートフィン、シェルチューブ、または空気対空気もしくは空気対流体の通路の内部形状であると考えられ得るが、一方、フレーム９２は、これらの内部通路構造を支持する外部構造である。装着配置９４は、ダクト１００、入口フェアリング９６、及び／または出口フェアリング９８に対して付加製造熱交換器６４を支持するために、フレーム９２によって少なくとも部分的に形成され得る。ダクト１００は、入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８によって少なくとも部分的に形成され得るまたはこれらから分離され得ることを理解されたい。
【００４５】
付加製造によるコア９０及び／またはフレーム９２の製造は、コア９０及びその内部の形状の連続的変化を容易化する（図６及び７に最もよく示す）。フレーム９２及びコア９０の外部形状１０２は、それにより、ダクト１００及びそれを通して連通する空気流に対して提供される形状及びパッケージングスペースに対して容易に画定される。例えば、コア９０の前面１０４、背面１０６、上面１０８、及び下面１１０は、一定面積の「折り曲げられた」流路を有する直線状の、従来の「レンガ」形状の熱交換器に一般的なように、必ずしも平坦である必要はなく（図６及び７に最もよく示す）、入口フェアリング９６、出口フェアリング９８、及び／またはダクト１００を通る空気流の一様でない流れ分配に対して輪郭形成される。入口フェアリング９６、出口フェアリング９８、コア９０、及びダクト１００はまた、ファンナセル６８及び／またはコアナセル７０の空気力学的ラインの輪郭に従うようにアーチ形であり得ることをさらに理解されたい。
【００４６】
コア９０の輪郭形成された形状１０２（図６）は、例えば、流れ面積に対する局所表面積の比率を設定してコア９０の単位長当たりの圧力低下を制御するために用いられ得る計算流れ力学（ＣＦＤ）によって決定され得る。輪郭形成された外部形状１０２はまた、コア９０が、前面１０４及び背面１０６の全体にわたってコア９０に入る及びこれから出る空気流に対してほぼ垂直となるように画定され得る。例えば、前面１０４及び背面１０６は、入口フェアリング９６及びダクト１００中の拡散領域１１２ならびにダクト１００及び出口フェアリング９８中の収縮領域１１４と適合するために、平坦でないように輪郭形成され得る。このような輪郭形成された外部形状１０２は、圧力損失を最小化するために、流れ圧力の等化を容易化する。１つの例では、輪郭形成された外部形状１０２は、等価熱容量の「レンガ」形状の熱交換器と比較して、付加製造されたコア９０の容積の約１５〜２０％減少を提供する。
【００４７】
引き続き図５を参照すると、付加製造されたコア９０及び／またはフレーム９２は、代わりにまたはさらに、入口フェアリング９６中の拡散領域１１２及び出口フェアリング９８中の収縮領域１１４の中に延在して、流れの誤分配を最小化し得、例えば、熱交換器のストリーム的湾曲部を、低流れ損失を求めて最適化されるように付加製造され得る。流れの誤分配をさらに最小化するため、複数の付加製造された内部スプリッタ１１６、１１８が、それぞれの拡散領域１１２及び／または収縮領域１１４内に位置し得る。内部スプリッタ１１６、１１８は、付加製造されているため、流れの分配を最小化し、コア９０を通る流れを容易化するように容易に形状化される。
【００４８】
コア９０の輪郭形成された外部形状１０２に対応するために、コア９０の内部形状１２０（図７）もまた、流れ面積に対する局所表面積の比率を設定してコア９０の単位長当たりの圧力低下を制御するように輪郭形成される。個々の内部通路、羽根密度、厚さ、及び種類は、コア９０の付加製造によって、コア９０によって画定される流路１２２全体にわたって変化させて、流れを均衡させ、コア９０中の圧力損失を最小化することが可能である。
【００４９】
内部形状１２０は、コア９０を通る流路１２０が一様でなく、一様でない流路１２４を含み得るように、付加製造によって輪郭形成される。すなわち、各々の流路１２４は、前面１０４と背面１０６との間の各々の流路１２４の長さに沿った距離に対する流れ面積が変化し得る。例えば、比較的より小さいアーチ半径の流路１２４の流れ面積は、流路１２０を通る合計の流れ面積が流路１２０全体にわたって均衡するように、比較的より大きいアーチ半径の流路１２４とは異なる流れ面積であり得る（図７）。
【００５０】
コア９０の内部形状１２０はまた、例えば、最大の構造負荷または最大の熱容量に対応するためにストレスを均衡させ、付加製造された熱交換器６４を調整するように、付加製造によって調整され得る。すなわち、熱交換器製造の従来の方式は、工具費及び一様な熱交換器表面を折り曲げ、次に、効率的に表面を一緒にロウ付けする機能のために、流路及び構造的特徴部に対しては変化潜在性が比較的限られる。
【００５１】
付加製造プロセスは、熱伝達要件に基づいて形状を一意的に調整して、全体の応力レベルを均衡させ、それにより、ユニットに対して選定された寿命能力を最適化することが可能な方式を容易化する。例えば、羽根密度、厚さ、及び種類は、熱負荷に対するストレスを均衡させるように全体的に変化させることが可能である。最大の構造負荷に対しては、内部形状１２０は、例えば、箱、ハニカム、三角形、または他の耐力型構造を含み得るが、一方、最大の熱容量に対しては、内部形状１２０は、例えば、かなりの表面積を提供する薄い表面を含み得る。全体に対して局所的に形状を変化させる付加製造によって提供される集中的な方式は、経費及び重量を増加させ得る過剰設計を減少させる。
【００５２】
図８を参照すると、入口フェアリング９６及び出口フェアリング９８が、計算流体力学モデルなどの最適化された設計統合プロセスに従って付加製造されて、ダクテッド熱交換器システム６２の全体の大きさ及び重量を低下させることが可能な、理想的かつ低損失の空気力学フェアリングを提供し得る。
【００５３】
別の開示される非限定的な実施形態では、入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８は、コア９０からの熱伝達を容易化する材料から、全体的または部分的に付加製造され得る。入口フェアリング９６及び出口フェアリング９８は、かなりの表面積を提供して、この熱伝達を容易化し、それにより、効果的なヒートシンクとして動作して、熱交換器コア９０が付加製造されようとまたは従来製造されようと無関係に、熱交換器６４の表面積をさらに増加させる。輪郭形成付加製造技法と組み合わされると、理想的なナセルの空気力学的なラインを、現行の製造上の制限による妥協なしで、実現することが可能である。
【００５４】
１つの開示される非限定的な実施形態では、入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８の少なくとも１つの表面１３０（これも図９に示す）は、コア９０からの熱伝達を容易化するために、コア９０、フレーム９２、及び／または装着配置９４の延長部となるように付加製造され得る。表面１３０は、ダクト１００に沿って空気流を効率的に連通させるために、入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８の空気力学的ラインに従うように輪郭形成されるが、しかし、入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８の残りのそれとは異なる材料から製造され得る。あるいは、入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８は、このような熱伝達を容易化する材料から全体的に付加製造される。すなわち、入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８は、ナセルアセンブリ６６とは異なる材料から、全体的にまたは部分的に製造され得る。
【００５５】
別の開示される非限定的な実施形態では、少なくとも１つの表面１３０は、熱伝達のための比較的大きい表面積及び流体流路を有する複数の、薄く、少し分離されたプレートの付加製造されたプレート型熱交換器などの熱交換器コア１４０の表面である。すなわち、熱交換器コア１４０は、表面１３０が入口フェアリング９６及び／または出口フェアリング９８の空気力学的ラインに従うように輪郭形成されるように付加製造される。少なくとも１つの表面１３０は、シェブロン、ディンプル、または、熱伝達及び空気流制御を容易化するための他のパターンを含み得ることを理解されたい。
【００５６】
減少した圧力損失により、ダクテッド熱交換器システム６２の全体の大きさを減少させて、例えば、理想的なナセルの流線的湾曲部を容易化することを可能にする。経費削減もまた、減少したステムの大きさによって実現され得る。
【００５７】
説明の文脈での（特に、次の請求の範囲の文脈での）「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び類似の言及の用語の使用は、本明細書に別様に示されない限りまたは文脈によって具体的に否定されない限り、単数形と複数形の双方を包含するものと解釈されるべきである。量に関連して用いられる「約」という修飾子は、述べられた値を含み、文脈によって指示される意味を有する（例えば、それは、特定の量の測定と関連付けられた誤差の程度を含む）。本明細書に開示されるすべての範囲は、端点を含み、端点は、互と独立に組み合わせ可能である。「前方」、「後部」、「上方」、「下方」、「上」、「下」などの相対的位置用語は、車両の通常の動作高さを基準としており、別様に限定するものと考えるべきではないことを理解されたい。
【００５８】
異なる非限定的な実施形態は、図示する特定的な構成要素を有するが、本発明の実施形態は、これらの特定的な組み合わせに限定されない。非限定的な実施形態の任意のものからの構成要素または特徴部の一部を他の非限定的な実施形態の任意のものからの特徴部または構成要素と組み合わせて用いることが可能である。
【００５９】
同様の参照番号は、いくつかの図面全体にわたって対応するまたは類似した要素を特定することを理解されたい。また、特定の構成要素配置を図示する実施形態で開示したが、他の配置もそれから恩典を受けることを理解されたい。
【００６０】
特定のステップシーケンスを示し、説明し、特許請求したが、ステップは、別様に示されない限り任意の順序で実施され、分離され、または組み合わされ得るし、しかも本開示から恩典を受けることを理解されたい。
【００６１】
前記の説明は、内部の制限によって定義されるのではなく、例示である。様々な非限定的な実施形態が本明細書に開示されるが、当業者であれば、上記の教示に照らし合わせて様々な修正例及び変更例が添付の請求範囲の範囲内に入ることを理解するであろう。したがって、添付の請求範囲の範囲内で、具体的に説明したとは別様に本開示を実践し得ることが理解される。その理由により、添付の請求範囲は、真の範囲及び内容を決定するために研究されるべきである。
【符号の説明】
【００６２】
９０…コア
９２…フレーム
９４…装着配置
１０２…外部形状
１０４…前面
１０６…背面
１０８…上面
１１０…下面
【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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