(57)【要約】【課題】  エンジンサンプ熱交換器を有するガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】  ガスタービンエンジンは、タービンセクションと直列の圧縮機セクションを含む。圧縮機セクションは、１又は２以上の圧縮機を含み、タービンセクションは、１又は２以上のタービンを含み、圧縮機セクション及びタービンセクションは協働してコア空気流路（３７）を定める。サンプは、コア空気流路（３７）の内側に配置され、潤滑オイルを収容して収集する。加えて、熱交換器（１３０）は、サンプと直接熱的に連通した状態で配置され、内部に収容された潤滑オイルから熱を除去して、コア空気流路（３７）の半径方向外側に配置された熱交換器（１３０）のサイズ及び／又は数量を低減する。【選択図】      図１
2017082789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、
前記圧縮機セクションの下流に配置され、１又は２以上のタービンを含むタービンセクションであって、前記圧縮機セクション及び前記タービンセクションは協働してコア空気流路（３７）を定める、タービンセクションと、
前記コア空気流路（３７）の内側に配置されて潤滑オイルを収容及び収集するためのサンプと、  前記サンプと直接、熱的に連通して、内部に収容された潤滑オイルから熱を除去するための熱交換器（１３０）と、
を備える航空ガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記サンプは、前記ガスタービンエンジンの前方サンプ（１００）である、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
ファン（３８）をさらに備え、前記サンプは、前記ガスタービンエンジンのファン軸受サンプ（１５８）である、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記熱交換器（１３０）は、空気対液体熱交換器であり、前記熱交換器（１３０）は、前記圧縮機セクションから冷却空気流を受け入れて、前記サンプの中の前記潤滑オイルからの熱を前記冷却空気流に伝達するように構成される、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
ファン（３８）をさらに備え、前記圧縮機セクションは、前記ファン（３８）と空気流連通し、前記熱交換器（１３０）は空気対液体熱交換器であり、前記熱交換器（１３０）は、前記ファン（３８）から冷却空気流を受け入れて、前記サンプの中の潤滑オイルからの熱を前記冷却空気流に伝達するように構成される、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記熱交換器（１３０）は、液体対液体熱交換器である、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記熱交換器（１３０）は、閉ループ熱輸送システム（１４０）を構成し、前記熱交換器（１３０）は、前記潤滑オイルからの熱を閉ループ熱輸送システム（１４０）の中の熱輸送流体に伝達するように構成される、請求項６に記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記熱交換器（１３０）は、前記サンプの壁に組み込まれる、又は少なくとも部分的に前記サンプの中に配置される、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記サンプは収集チャンバ（１２４）を定め、前記熱交換器（１３０）は、少なくとも部分的に前記収集チャンバ（１２４）の中に配置される、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記熱交換器（１３０）は、少なくとも部分的に前記サンプを通って延びる複数の経路を備える、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、エンジンサンプ熱交換器を有するガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、相互に流れ連通するファン及びコアを含む。ガスタービンエンジンのコアは、一般に、直流流れ関係で、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排出セクションを含む。
【０００３】
圧縮機セクション及びタービンセクションは、一般に、１又は２以上のシャフト又はスプールを介して結合される。加えて、圧縮機セクション、タービンセクション、及び１又は２以上のシャフト又はスプールの特定の構成要素の回転は、複数の軸受によって容易になる。これらの軸受には、ガスタービンエンジンの作動を通して潤滑オイルが供給され、例えば、当該軸受から熱を除去して当該軸受の中の摩擦を低減するようになっている。
【０００４】
一般に、ガスタービンエンジンは、複数の軸受に潤滑オイルを供給するための、潤滑オイルを収集及び／又は収容する１又は２以上のサンプからこの潤滑オイルを送り出す又は排出するための、及びこの潤滑オイルから熱を除去するための潤滑オイル循環組立体を含む。一般に、潤滑オイル循環組立体は、コア空気流路の外側に設けられたポンプと、コア空気流路を通って延びて、例えば、軸受及び１又は２以上のサンプに至る１又は２以上の供給ライン及び排出ラインと、同様にコア空気流路の外側に設けられた１又は２以上の熱交換器とを含む。
【０００５】
しかしながら、熱交換器は、コア空気流路の外側で比較的大きな設置面積を占める可能性があり、他の構成要素が使用できる面積が少なくなる場合がある。従って、コア空気流路の外側に設けられた循環組立体のために熱交換器のサイズを小さくする手段が有用であろう。詳細には、所望量の熱伝達を可能にしながらコア空気流路の外側に設けられた循環組立体のために熱交換器のサイズを小さくする手段が特に有用であろう。
【０００６】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はこの説明から明らかにすることができ、或いは本発明を実施することにより理解することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８５８５３５８号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本開示の１つの例示的な実施形態において、航空ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、圧縮機セクションの下流に配置され、１又は２以上のタービンを含むタービンセクションとを含む。圧縮機セクション及びタービンセクションは協働してコア空気流路を定める。また、ガスタービンエンジンは、コア空気流路の内側に配置されて潤滑オイルを収容及び収集するためのサンプと、サンプと直接熱的に連通して、内部に収容された潤滑オイルから熱を除去するための熱交換器と、を含む。
【０００９】
本開示の１つの例示的な実施形態において、航空ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、圧縮機セクションの下流に配置され、１又は２以上のタービンを含むタービンセクションとを含む。圧縮機セクション及びタービンセクションは協働してコア空気流路を定める。また、ガスタービンエンジンは、コア空気流路の内側に配置されて潤滑オイルを収容及び収集するためのサンプと、少なくとも部分的にサンプの中に配置される、又はサンプの壁に組み込まれる、又は内部に収容された潤滑オイルから熱を除去するための熱交換器と、を含む。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれかつその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１１】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本主題の種々の実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】図１の例示的なガスタービンエンジンのコアの前方端の概略的断面図。
【図３】本開示の例示的な実施形態によるサンプの収集チャンバ断面の概略図。
【図４】本開示の他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの前方端の概略的断面図。
【図５】本開示の例示的な実施形態による閉ループ熱輸送システムの概略図。
【００１３】
【図６】本開示のさらに他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの前方端の概略的断面図。
【図７】本開示のさらに他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの前方端の概略的断面図。
【図８】本開示のさらに他の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンのコアの前方端の概略的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、その１又は２以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。
【００１５】
図面を通して同じ符号が同じ要素を示す各図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。より具体的には、図１の実施形態に関して、ガスタービンエンジンは、高バイパスターボファンジェットエンジン１０であり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ぶ。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照のために設けられた長手方向中心線１２に対して平行に延びる）及び半径方向Ｒを定める。また、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａの周りで円周方向に延びる周方向Ｃ（図示せず）を定めることができる。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４及びこのファンセクション１４の下流側に配置されたコアタービンエンジン１６を含む。
【００１６】
図示の例示的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状入口２０を定める実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクション、燃焼セクション２６、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクション、及びジェット排気ノズルセクション３２を収容する。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動結合する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動結合する。圧縮機セクション、燃焼セクション２６、タービンセクション、及びノズルセクション３２は、協働してこれらを通過するコア空気流経路３７を定める。
【００１７】
図示の実施形態に関して、ファンセクション１４は、複数のファンブレード４０を有するファン３８を含む。空力的に輪郭成形された回転可能な前方ハブ４８はファンセクションの前方端に配置される。加えて、例示的なファンセクション１４は、ファン３８及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向で取り囲む環状ファンケーシング又は外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、複数の円周方向に離間した出口ガイドベーン５２によって、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成できることを理解されたい。さらに、ナセル５０の下流セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部の上方に延在することができ、そこを通るバイパス空気流通路５６を定めるようになっている。
【００１８】
ターボファンエンジン１０の作動時、空気量５８は、ナセル５０及び／又はファンセクション１４の関連する入口６０を通ってターボファン１０に流入する。空気量５８がファンブレード４０を横切る場合、空気５８の第１の部分は、矢印６２で示すようにバイパス空気流通路５６に向けられるか又は送られ、空気の第２の部分は、矢印６４で示すようにコア空気流路３７に、より具体的にはＬＰ圧縮機２２に向けられるか又は送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比率は、バイパス比として一般に知られている。従って、空気に第２の部分６４の圧力は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４に送られると高くなり、燃焼セクション２６に流入し、燃料と混合されて燃焼して燃焼ガス６６を生成するようになっている。
【００１９】
燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、燃焼ガス６６から熱及び／又は運動エネルギの一部が、外側ケーシング１８に結合したＨＰタービンステータベーン６８及びＨＰシャフト又はスプール３４に結合したＨＰタービンロータブレード７０の連続段によって抽出され、結果としてＨＰシャフト又はスプール３４が回転されることになり、それによってＨＰ圧縮機２４の作動を助ける。次に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、燃焼ガス６６から熱及び運動エネルギの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合したＬＰタービンステータベーン７２及びＬＰシャフト又はスプール３６に結合したＬＰタービンロータブレード７４の連続段によって抽出され、結果としてＬＰシャフト又はスプール３６が回転されることになり、それによってＬＰ圧縮機２２の作動及び／又はファン３８の回転を助ける。
【００２０】
その後、燃焼ガス６６は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って送られて、推力を生じるようになっている。同時に、空気の第１の部分６２がターボファン１０のファンノズル排出セクション７６から排出される前にバイパス空気流通路５６を通って送られる際に、空気の第１の部分６２の圧力は実質的に高くなり、同様に推力を生じるようになっている。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、少なくとも部分的に燃焼ガス６６をコアタービンエンジン１６経由で送るための高温ガス通路７８を定める。
【００２１】
しかしながら、図１に示すターボファンエンジン１０は、例示的なものであり、他の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、他の適切な構成とすることができることを理解されたい。他の実施形態において、ターボファンエンジン１０はギヤ付きターボファンエンジンとすることができ、ＬＰシャフト３６は出力ギヤボックスを通してファン３８を駆動する。追加的に又は代替的に、ターボファンエンジン１０は、アンダクテッド／オープンロータターボファンエンジンとすることができる。また、さらに他の例示的な実施形態において、本開示の態様は、何らかの他の適切なガスタービンエンジンに組み込むことができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態において、本開示の各態様は、ターボシャフトエンジン、ターボプロップエンジン、ターボコアエンジン、ターボジェットエンジン等に組み込むことができる。
【００２２】
図２を参照すると、図１のターボファンエンジン１０の前方端の概略的断面図が提示される。詳細には、図２は、ターボファンエンジン１０の前方サンプ１００の拡大断面図を提示する。
【００２３】
図示の実施形態に関して、前方サンプ１００は、コア空気流路３７の半径方向内側に、より詳細には、圧縮機セクションのＬＰ圧縮機２２を通って延びるコア空気流路３７の一部から半径方向内側に配置される。ＬＰ圧縮機２２は、ファン３８から入口２０を通る空気の流れを受け入れて、この空気を回転する複数のＬＰ圧縮機ロータブレード１０２を用いて圧縮するように構成される。また、図示のＬＰ圧縮機２２は、入口２０の近くで、複数のＬＰ圧縮機ロータブレード１０２の前方に入口ガイドベーン１０４を含む。複数のＬＰ圧縮機ロータブレード１０２は、半径方向内側端においてドラム型ＬＰ圧縮機ロータ１０６に結合する。ＬＰ圧縮機ロータ１０６は、構造部材１０７に取り付いており、構造部材１０７は、前方に延びてファンセクション１４の１又は２以上の回転構成要素に結合する。特に、前述のように、ＬＰシャフト３６は、ＬＰタービン３０で駆動され、結果として、ＬＰ圧縮機２２に加えてファン３８及び複数のファンブレード４０を駆動する。
【００２４】
加えて、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０は、前方端においてＬＰシャフト３６を安定させてＬＰシャフト３６の回転を容易にするために設けられる。第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８は、半径方向内側端においてＬＰシャフト３６に、半径方向外側端において前方ＬＰフレーム部材１１２に取り付けられる。同様に第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０は、半径方向内側端においてＬＰシャフト３６に、半径方向外側端において後方ＬＰフレーム部材１１４に取り付けられる。前方及び後方ＬＰフレーム部材１１２、１１４の各々は、固定フレーム部材である。さらに、図示の実施形態に関して、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８は、第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０の前方に配置され、ボール軸受を含む。対照的に、第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０はローラー軸受を含む。しかしながら、他の例示的な実施形態において、第１及び／又は第２の前方ＬＰ軸受組立体１０８、１１０は、何らかの他の適切な軸受を含むことができる。加えて、他の例示的な実施形態において、ＬＰシャフト３６の回転を容易にするための何らかの他の適切な軸受構成を備えることができる。例えば、他の例示的な実施形態において、単一の軸受、又はローラー軸受、ボール軸受、テーパー軸受、又は他の軸受の任意の組み合わせは、前方端でのＬＰシャフト３６の回転を容易にするための組立体を形成することができる。
【００２５】
また、図示のように、ＨＰシャフト３４は、ＬＰシャフト３６と同軸であり、ＬＰシャフト３６の半径方向外側に配置される。ＨＰシャフト３４は、ＨＰタービン２８によって回転されてＨＰ圧縮機２４（図１参照）を駆動するように構成される。前方ＨＰ軸受組立体１１６は、ＨＰシャフト３４の前方端においてＨＰシャフト３４の回転を容易にするために設けられる。詳細には、前方ＨＰ軸受組立体１１６の半径方向内側端は、ＨＰシャフト３４に取り付けられ、前方ＨＰ軸受組立体１１６の半径方向外側端は、固定ＨＰフレーム部材１１８に取り付けられる。図示の実施形態に関して、前方ＨＰ軸受組立体１１６は、単一のボール軸受を含む。しかしながら、他の実施形態において、前方ＨＰ軸受組立体１１６は、追加的に任意の適切な場所に配置された１又は２以上の他の軸受を含むことができる。追加的に又は代替的に、他の実施形態において、ＨＰシャフト３４の回転を容易にするために、前方ＨＰ軸受組立体１１６は、何らかの他の適切な軸受又は軸受の組み合わせを含むことができる。
【００２６】
さらに図２を参照すると、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８、第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０、及び前方ＨＰ軸受組立体１１６の全ては、少なくとも部分的にターボファンエンジン１０の前方サンプ１００の中に配置することができる。前方サンプ１００は、コア空気流路３７の半径方向内側に設けられ、コア１６の特定の固定フレーム部材によって少なくとも一部が定められるので、前方ＬＰフレーム部材１１２、固定ＨＰフレーム部材１１８、及び半径方向内側ライナ１２０は、ＬＰ圧縮機２２とＨＰ圧縮機２４との間のコア空気流路３７の一部を規定する。加えて、図示の例示的な前方サンプ１００は、ＬＰシャフト３６及びＨＰシャフト３４の一部によって半径方向内側が規定される。
【００２７】
潤滑オイルは前方サンプ１００に、詳細には少なくとも部分的に前方サンプ１００の中に配置された複数の軸受に供給することができ、この軸受から熱を除去して、この軸受内の摩擦を低減するようになっている。例えば、ターボファンエンジン１０は、潤滑オイルを複数の軸受（図示せず）に供給するための、１又は２以上のポンプ、並びに１又は２以上の供給ラインを有する潤滑オイル循環組立体１２２を含むことができる。概略的に示すように、潤滑オイル循環組立体１２２の１又は２以上のポンプは、コア空気流路３７の半径方向外側に配置される。供給ライン（図示せず）は、循環組立体１２２の１又は２以上のポンプから、コア空気流路３７を貫通して、複数の軸受、例えば、第１及び第２の前方ＬＰ軸受１０８、１１０及び前方ＨＰ軸受１１６まで延びることができる。
【００２８】
潤滑オイルが複数の軸受に供給されると、潤滑オイルは、それぞれの軸受から生じた熱を吸収すると同時にこの軸受内の摩擦量を低減することができる。前方サンプ１００は、少なくとも部分的にそこ中に配置された複数の軸受に供給された潤滑オイルを収容及び収集するために設けられる。加えて、図示の前方サンプ１００は、収集チャンバ１２４を定め、潤滑オイルが複数の軸受を通過するか又はその中を通って流れた後に流入するか又は収集されるように構成される。図２において、複数の軸受からの潤滑オイルの流れは、矢印１２６で示されている。一旦、収集チャンバ１２４に入ると、循環組立体１２２は、サンプと流体連通してコア空気流路３７を通って延びる排出ライン１２８を介して潤滑オイルを送り出す又は排出するように構成される。
【００２９】
しかしながら、この潤滑オイルが前方サンプ１００から排出される前に、この潤滑オイルの温度は熱交換器１３０によって低下し、内部に収容された潤滑オイルから熱を除去するために、熱交換器１３０は、前方サンプ１００と直接熱的に連通した状態で配置される。図示の実施形態に関して、熱交換器１３０は、少なくとも部分的に前方サンプ１００の中に配置される、詳細には前方サンプ１００によって規定された収集チャンバ１２４の中に一部が配置される。従って、熱交換器１３０は、潤滑オイルが循環組立体１２２の排出ライン１２８を通って排出される前にこの潤滑オイルの温度を低減することができる。
【００３０】
図示の実施形態に関して、熱交換器１３０は、空気対液体熱交換器１３０として構成される。詳細には、熱交換器１３０は、圧縮機セクションから冷却空気流１３２を受け取り、前方サンプ１００内の潤滑オイルからこの冷却空気流１３２に熱を伝達するように構成される。前方サンプ１００の中の潤滑オイルから所定量の熱を吸収した後の冷却空気流１３２、すなわち排出空気流１３４は、コア空気流路３７に排出して戻される。しかしながら、他の例示的な実施形態において、排出空気流１３４は、代わりに何らかの他の適切な位置に排出することができる。例えば、他の例示的な実施形態において、この排出空気流１３４は、例えばバイパス通路５６（図１）又は大気中に排出することができる。特に、図示の実施形態に関して、圧縮機セクションから供給される冷却空気流１３２は、ＬＰ圧縮機ロータブレード１０２の第２段の近くの位置から供給されるが、他の実施形態において、冷却空気流１３２は、ＬＰ圧縮機２２の中の何らかの他の適切な位置から供給することができる。もしくは、冷却空気流１３２は、ＬＰ圧縮機２２の上流又はＬＰ圧縮機２２の下流の位置から供給することができる。さらに、以下に詳細に示すように、さらに他の例示的な実施形態において、冷却空気流１３２は、追加的に又は代替的に、ファン３８から直接供給することができる。さらに、図示の実施形態に関して、冷却空気流１３２は、排出空気流１３４が排出されるコア空気流路３７の上流位置（すなわち、高圧位置）から抽出されるように示されているが、他の例示的な実施形態において、冷却空気流１３２は、排出空気流１３４が抽出されるコア空気流路３７の下流位置（すなわち低圧位置）から抽出することができる。例えば、他の例示的な実施形態において、図２に示す熱交換器１３０を通る空気流の方向は逆とすることができる。
【００３１】
ターボファンエンジン１０は、潤滑オイルが排出される前に、このサンプ１００の中の潤滑オイルから所定量の熱を除去するために、前方サンプ１００と直接熱的に連通して配置された単一の熱交換器１３０を含むことができる。例えば、図３を参照すると、図２の例示的な前方サンプ１００で定められる収集チャンバ１２４の軸方向の断面図が提示される。図示のように、例示的な前方サンプ１００で定められる収集チャンバ１２４は、一般に、前方サンプ１００の底部の近くに拡大部を含む。本明細書では「バスタブ」１３６と呼ぶ拡大部は、前方サンプ１００の底部に設けることができ、重力が内部の潤滑オイルの収集を助けることができる。図示の実施形態に関して、熱交換器１３０は、前方サンプ１００のバスタブ１３６の中に配置された単一の熱交換器として構成される。もしくは、図示の実施形態に関して、熱交換器１３０は、一般に、少なくとも部分的に前方サンプ１００を通って延びる複数の経路１３８を含み、この中を、冷却媒体（例えば、圧縮機セクションからの冷却空気流１３２、又は以下に説明する１又は２以上の液体）が流れる。
【００３２】
しかしながら、他の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、追加的に、何らかの他の適切な数及び／又は構成の熱交換器を含むことができることを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、前方サンプ１００の収集チャンバ１２４の中に又は前方サンプ１００に直接熱的に連通する他の場所に、円周方向に離間した及び／又は軸方向に離間した複数の熱交換器を含むことができる。
【００３３】
図４を参照すると、本開示の他の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０の前方端の概略的断面図が提示される。図４の例示的なターボファンエンジン１０は、図１から３を参照して前述した例示的なターボファンエンジン１０と実質的に同じように構成することができる。従って、同じ又は類似の番号は、同じ又は機能的に等価な構成要素を指すことができる。
【００３４】
図示のように、例示的なターボファンエンジン１０は、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０を含み、各々は、ＬＰシャフト３６の前方端での回転を支持する。第１及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１０８、１１０は、半径方向内側端でＬＰシャフト３６に取り付けられ、半径方向外側端で前方及び後方ＬＰフレーム部材１１４、１１６にそれぞれ取り付けられる。加えて、ターボファンエンジン１０は、前方端においてＨＰシャフト３４の回転を支持する前方ＨＰ軸受組立体１１６を含む。前方ＨＰ軸受組立体１１６は、半径方向内側端でＨＰシャフト３４に取り付けられ、半径方向外側端で固定ＨＰフレーム部材１１８に取り付けられる、さらに、種々の軸受組立体の各々は、コア空気流路３７の半径方向内側に配置された前方サンプ１００の中に少なくとも部分的に配置される。
【００３５】
図４に示した前方サンプ１００は、図２に示した前方サンプ１００と実質的に同じように作動し、図４に記載の前方サンプ１００は、サンプ１００の収集チャンバ１２４の中に少なくとも部分的に配置された熱交換器１３０を含む。しかしながら、熱交換器１３０が空気対液体熱交換器として構成される代わりに、図４の例示的なターボファンエンジン１０に関して、熱交換器１３０は、液体対液体熱交換器として構成される。詳細には、図示の実施形態に関して、熱交換器１３０は、ターボファンエンジン１０の前方サンプ１００の中に配置された潤滑オイルから熱を除去するための閉ループ熱輸送システム１４０の一部として構成される。閉ループ熱輸送システム１４０は、直列及び／又は並列に配列された種々の熱源熱交換器及びヒートシンク熱交換器を通して熱輸送流体を循環させることができる。特に、前方サンプ１００の中に少なくとも部分的に配置された熱交換器１３０は、潤滑オイルから熱を除去して熱輸送システム１４０に、厳密には閉ループ熱輸送システム１４０の中を循環する熱輸送流体に熱を加えるので、熱輸送システム１４０の熱源熱交換器と見なされる。
【００３６】
また、図５を参照すると、例示的な閉ループ熱輸送システム１４０の概略図が提示される。例示的な閉じた熱輸送システム１４０は、一般に、熱輸送流体が流れる熱輸送バス１４２を含む。さらに、熱輸送システム１４０は、熱輸送バス１４２を通る熱輸送流体の流れを発生させるポンプ１４４を含む。さらに、複数の熱源交換器１４６は、熱輸送バス１４２の中の熱交換流体と熱的に連通した状態で設けられている。図示の実施形態に関して、熱輸送バス１４２に沿って直列の複数の熱源交換器１４６が示されている。しかしながら、他の実施形態において、複数の熱源交換器１４６は、追加的に又は代替的に並列に構成することができる。特に、図示の実施形態に関して、図４に示すターボファンエンジン１０の前方サンプ１００と直接熱的に連通して配置される熱交換器１３０は、閉ループ熱輸送システム１４０の熱源交換器１４６の１つとして構成される。
【００３７】
複数の熱源交換器１４６の下流には、恒久的に又は選択的に熱輸送バス１４２の中の熱交換流体と熱的に連通する複数のヒートシンク交換器１４８が配置される。従って、作動時、閉ループ熱輸送システム１４０は、種々の熱源交換器１４６から熱を集め、この熱を熱輸送バス１４２の中を流れる熱輸送流体によって１又は２以上のヒートシンク交換器１４８に輸送することができる、例えば、より効率的に種々のシステムから熱を除去するようになっている。特定の例示的な実施形態において、図４及び５に示す閉ループ熱輸送システム１４０は、その開示内容全体が本明細書に参照によって組み込まれている、２０１５年７月３１日出願の米国特許出願番号１４／８１４，５４６に記載の熱管理システム１００と実質的に同様に構成することができる。例えば、特定の例示的な実施形態において、複数の熱源交換器１４６は、の環境制御システムの予冷器、発電機潤滑システムの熱交換器、電子機器冷却システムの熱交換器、圧縮機冷却空気システムの熱交換器、又は能動的間隙制御システムの熱交換器のうちの１又は２以上を追加的に含むことができる。加えて、特定の例示的な実施形態において、複数のヒートシンク熱交換器１４８は、ＲＡＭ熱交換器、燃料熱交換器、及びファン流熱交換器のうちの１又は２以上を含むことができる。
【００３８】
しかしながら、他の例示的な実施形態において、液体対液体熱交換器は、閉ループ熱輸送システム１４０の一部として構成する必要はなく、代わりに、何らかの他の適切な液体対液体熱交換器の一部として構成することができることを理解されたい。例えば、他の実施形態において、熱交換器は、冷却媒体として燃料、脱酸素燃料、又はオイルを利用することができる。
【００３９】
ここで図６を参照すると、本開示の他の例示的な実施形態によるターボファンエンジン１０の前方端の概略的断面図が提示される。図６の例示的なターボファンエンジン１０は、図２を参照して前述した例示的なターボファンエンジン１０と実質的に同様に構成することができる。従って、同じ又は類似の番号は、同じ又は機能的に等価の構成要素を指すことができる。
【００４０】
図示のように、例示的なターボファンエンジン１０は、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０を含み、ＬＰシャフト３６の前方端で回転を支持する。第１及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１０８、１１０は、半径方向内側端でＬＰシャフト３６に取り付けられ、半径方向外側端で前方及び後方ＬＰフレーム部材１１４、１１６にそれぞれ取り付けられる。加えて、ターボファンエンジン１０は、前方端においてＨＰシャフト３４の回転を支持する前方ＨＰ軸受組立体１１６を含む。前方ＨＰ軸受組立体１１６は、同様に半径方向内側端でＨＰシャフト３４に取り付けられ、半径方向外側端で固定ＨＰフレーム部材１１８に取り付けられる、さらに、種々の軸受組立体の各々は、コア空気流路３７の半径方向内側に配置された前方サンプ１００の中に少なくとも部分的に配置される。
【００４１】
図６に示した前方サンプ１００は、図２に示した前方サンプ１００と実質的に同じように作動する。しかしながら、前方サンプ１００の中に少なくとも部分的に配置された熱交換器１３０を含む代わりに、図６の例示的な熱交換器１３０は、前方サンプ１００の壁に一体化することで、前方サンプ１００と直接熱的に連通するように配置される。詳細には、図６に示す例示的な熱交換器１３０は、少なくとも部分的に前方サンプ１００を定める前方ＬＰフレーム部材１１２に組み込まれる。
【００４２】
図６の例示的な熱交換器１３０は、何らかの適切な方法で前方サンプ１００の壁に組み込むことができる。例えば、熱交換器１３０は、前方サンプ１００の壁に形成された複数の経路を含むことができ、冷却媒体はこの経路を通って流れる。特に、図示の実施形態に関して、前方サンプ１００の壁に組み込まれた熱交換器１３０は、ターボファンエンジン１０の圧縮機セクションから冷却空気流１３２を受け入れる空気対液体熱交換器として構成される。圧縮機セクションからの冷却空気流１３２は、サンプの壁に形成された１又は２以上の経路（すなわち熱交換器１３０）を通って流れることができ、前方サンプ１００の中に位置付けられた潤滑オイルから所定量の熱を吸収するようになっている。図示の例示的な熱交換器１３０は、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８から前方サンプ１００の収集チャンバ１２４に向かって流れる潤滑オイルから熱を吸収するのに特に適することができる。特定の例示的な実施形態において、熱交換器１３０を通る空気の流れは、図２の実施形態を参照して前述した実質的に同じ場所から抽出するか又はそこに排出することができる。
【００４３】
しかしながら、他の実施形態において、熱交換器１３０は、何らかの他の適切な方法で前方サンプ１００の壁に組み込むことができる。例えば、他の実施形態において、熱交換器１３０は、複数の冷却経路を前方サンプ１００の壁の外表面にもしくは前方サンプ１００の壁の内上面に取り付けることで前方サンプ１００の壁に組み込むことができる。加えて、図示の例示的な熱交換器１３０は前方ＬＰフレーム部材１１２に組み込むように示されているが、他の実施形態において、熱交換器１３０は、追加的に又は代替的に、前方サンプ１００を定める他の外壁に、もしくは前方サンプ１００の中に設けられた内壁に組み込むことができる。さらに、別の実施形態において、熱交換器１３０は、気体対液体熱交換器として構成する必要はなく、代わりに、液体対液体熱交換器として構成することができる。
【００４４】
前述の実施形態の１又は２以上によって構成されるターボファンにより、サンプと熱的に連通して配置された熱交換器が当該潤滑オイルから除去することが必要な熱量の少なくとも一部を除去することができるので、コア空気流路の半径方向外側に配置された循環組立体の一部としてより小さな／小型熱交換器を組み込むことができる。従って、この構成により、エンジンのコア内に（コア空気流路の半径方向外側に）、その内部に配置することが望ましい他の構成要素のためのより大きな空間を提供することができる。さらに、サンプと直接熱的に連通する熱交換器の効率にもよるが、特定の実施形態において、サンプと直接熱的に連通する熱交換器を包含することで、潤滑オイル循環組立体全体をコア空気流路の内側に再配置することができ、潤滑オイル供給ライン及び／又は排出ラインは、コア空気流路を貫通して延びない。
【００４５】
図１から６を参照して前述した特定の実施形態は単なる例証であることを理解されたい。例えば、前述のように、本開示の各態様は、何らかの他の適切なターボファンエンジン又は他の適切なガスタービンエンジン、及びガスタービンエンジンの中の何らかの他の適切なサンプ（例えば、ガスタービンエンジンの後方サンプ）に組み込むことができる。
【００４６】
例えば、ここで図７及び８を参照すると、本開示の他の例示的な態様によるターボファンエンジン１０の種々の実施形態が提示される。詳細には、図７及び８は、本開示の例示的な態様を組み込んだターボファンエンジン１０の前方端の概略的断面図を提示する。
【００４７】
図７及び８に提示の例示的なターボファンエンジン１０は、ギヤ付きターボファンエンジン１０として構成される。詳細には、図７及び８のターボファンエンジン１０の各々は、出力ギヤボックス１５０を横切るＬＰシャフト３６によって回転可能なファン３８を含む。出力ギヤボックス１５０は、ＬＰシャフト３６の回転速度を、より効率的なファン３８の回転速度に減速するように構成される。
【００４８】
ターボファンエンジン１０はギヤ付きターボファンエンジンである場合、ターボファンエンジン１０は、ファン３８の複数のファンブレ−備える４０を回転させるために、出力ギヤボックス１５０に機械的に結合したファンシャフト１５４をさらに含む。ファンシャフト１５４の回転は、ファン軸受サンプ１５８の中に少なくとも部分的に配置された複数の軸受１５６で支持される。図２を参照して前述した例示的な前方サンプ１００と同様に、例示的なファン軸受サンプ１５８は、潤滑オイル循環組立体１２２からの潤滑オイルを受け入れるように構成される。さらに、ファン軸受サンプ１５８の中の潤滑オイルは、一般に、ファン軸受サンプ１５８で定められた収集チャンバ１２４の中に収集されるようになっている。潤滑オイル循環組立体１２２は、ファン軸受サンプ１５８の収集チャンバ１２４の中に収集された潤滑オイルを除去するように構成された排出ライン１２８を含む。
【００４９】
前記の実施形態と同様に、図７及び８のターボファンエンジン１０は、ファン軸受サンプ１５８と直接熱的に連通して配置され、内部に収容された潤滑オイルから熱を除去するための熱交換器１３０をさらに含む。
【００５０】
特に図７の実施形態を参照すると、熱交換器１３０は、ファン軸受サンプ１５８の収集チャンバ１２４の中に配置され、空気対液体熱交換器として構成される。図示の実施形態に関して、熱交換器１３０は、ファン３８からの冷却空気流１３２を受け入れ、さらにファン軸受サンプ１５８の中の潤滑オイルからの熱をこの冷却空気流１３２に伝達するように構成される。熱交換器１３０の中で潤滑オイルから熱を吸収した冷却空気流１３２、すなわち排出空気流１３４は、コア空気流路３７に排出される。しかしながら、他の実施形態において、熱交換器１３０は、このような排出空気流１３４を何らかの他の適切な場所に排出するように構成することができる。
【００５１】
もしくは、特に図８の実施形態を参照すると、熱交換器１３０は、同様にファン軸受サンプ１５８の収集チャンバ１２４の中に示されている。しかしながら、図８の実施形態に関して、熱交換器１３０は、液体対液体熱交換器１３０として構成される。さらに、図示の例示的な熱交換器１３０は、図４及び５を参照して前述した例示的な閉ループ熱輸送システム１４０等の閉ループ熱輸送システム１４０として構成される。
【００５２】
さらに、図示されていないが、別の例示的な実施形態において、図７及び８の例示的なターボファンエンジン１０は、追加的に又は代替的に、ファン軸受サンプ１５８の壁に組み込まれて、ファン軸受サンプ１５８の中に収容された潤滑オイルから熱を除去するための熱交換器１３０を含む。
【００５３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００５４】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、
上記圧縮機セクションの下流に配置され、１又は２以上のタービンを含むタービンセクションであって、上記圧縮機セクション及び上記タービンセクションは協働してコア空気流路を定める、タービンセクションと、
上記コア空気流路の内側に配置されて潤滑オイルを収容及び収集するためのサンプと、  上記サンプと直接、熱的に連通して、内部に収容された潤滑オイルから熱を除去するための熱交換器と、
を備える航空ガスタービンエンジン。
［実施態様２］
上記サンプは、上記ガスタービンエンジンの前方サンプである、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様３］
ファンをさらに備え、上記サンプは、上記ガスタービンエンジンのファン軸受サンプである、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様４］
上記熱交換器は、空気対液体熱交換器であり、上記熱交換器は、上記圧縮機セクションから冷却空気流を受け入れて、上記サンプの中の上記潤滑オイルからの熱を上記冷却空気流に伝達するように構成される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様５］
ファンをさらに備え、上記圧縮機セクションは、上記ファンと空気流連通し、上記熱交換器は空気対液体熱交換器であり、上記熱交換器は、上記ファンから冷却空気流を受け入れて、上記サンプの中の潤滑オイルからの熱を上記冷却空気流に伝達するように構成される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様６］
上記熱交換器は、液体対液体熱交換器である、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様７］
上記熱交換器は、閉ループ熱輸送システムを構成し、上記熱交換器は、上記潤滑オイルからの熱を閉ループ熱輸送システムの中の熱輸送流体に伝達するように構成される、実施態様６に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様８］
上記閉ループ熱輸送システムは、上記閉ループ熱輸送システムの中の熱伝達流体からの熱を除去するための１又は２以上のヒートシンク交換器を含む、実施態様７に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様９］
上記熱交換器は、上記サンプの壁に組み込まれる、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１０］
上記熱交換器は、少なくとも部分的に上記サンプの中に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１１］
上記サンプは収集チャンバを定め、上記熱交換器は、少なくとも部分的に上記収集チャンバの中に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１２］
上記熱交換器は、少なくとも部分的に上記サンプを通って延びる複数の経路を備える、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１３］
上記サンプと流体連通すると共に上記コア空気流路を貫通して延びる排出ラインを含む潤滑オイル循環組立体を備える、実施態様１に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１４］
１又は２以上の圧縮機を含む圧縮機セクションと、
上記圧縮機セクションの下流に配置され、１又は２以上のタービンを含むタービンセクションであって、上記圧縮機セクション及び上記タービンセクションは協働してコア空気流路を定める、タービンセクションと、
上記コア空気流路の内側に配置されて潤滑オイルを収容及び収集するためのサンプと、
少なくとも部分的に上記サンプの中に配置される、又は上記サンプの壁に組み込まれる、又は内部に収容された上記潤滑オイルから熱を除去するための熱交換器と、
を備える航空ガスタービンエンジン。
［実施態様１５］
上記サンプは、上記ガスタービンエンジンの前方サンプである、実施態様１４に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１６］
ファンをさらに備え、上記サンプは、ファン軸受サンプである、実施態様１４に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１７］
ファンをさらに備え、上記圧縮機セクションは、上記ファンと空気流連通し、上記熱交換器は空気対液体熱交換器であり、上記熱交換器は、上記ファン又は上記設交換器のうちの少なくとも一方から冷却空気流を受け入れて、上記サンプの中の潤滑オイルからの熱を上記冷却空気流に伝達するように構成される、実施態様１４に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１８］
上記熱交換器は、液体対液体熱交換器である、実施態様１４に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１９］
上記熱交換器は、閉ループ熱輸送システムを構成し、上記熱交換器は、上記潤滑オイルからの熱を閉ループ熱輸送システムの中の熱輸送流体に伝達するように構成される、実施態様１８に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様２０］
上記サンプは収集チャンバを定め、上記熱交換器は、少なくとも部分的に上記収集チャンバの中に配置される、実施態様１４に記載のガスタービンエンジン。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向又は軸方向中心線
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  入口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排出セクション
３４  高圧シャフト／スプール
３６  低圧シャフト／スプール
３７  コア空気流路
３８  ファン
４０  ブレード
４８  ナセル
５０  ファンケーシング又はナセル
５２  出口ガイドベーン
５４  下流セクション
５６  バイパス空気流通路
５８  空気
６０  入口
６２  空気の第１の部分
６４  空気の第２の部分
６６  燃焼ガス
６８  ステータベーン
７０  タービンロータブレード
７２  ステータベーン
７４  タービンロータブレード
７６  ファンノズル排出セクション
７８  高温ガス通路
１００  前方サンプ
１０２  ＬＰ圧縮機ロータブレード
１０４  入口ガイドベーン
１０６  ＬＰ圧縮機ロータ
１０８  第１の前方ＬＰ軸受組立体
１１０  第２の前方ＬＰ軸受組立体
１１２  前方ＬＰフレーム部材
１１４  後方ＬＰフレーム部材
１１６  ＨＰ軸受組立体
１１８  ＨＰフレーム部材
１２０  ライナ
１２２  循環組立体  
１２４  収集チャンバ
１２６  オイル流れ方向
１２８  排出ライン
１３０  熱交換器
１３２  冷却空気流
１３４  排出空気流
１３６  バスタブ
１３８  経路
１４０  熱輸送システム
１４２  熱輸送バス
１４４  ポンプ
１４６  熱源交換器
１４８  ヒートシンク交換器
１５０  出力ギヤボックス
１５２  釣り合いおもり
１５４  ファンシャフト
１５６  軸受
１５８  サンプ
【図１】
2017082789.tif 000003
【図２】
2017082789.tif 000004
【図３】
2017082789.tif 000005
【図４】
2017082789.tif 000006
【図５】
2017082789.tif 000007
【図６】
2017082789.tif 000008
【図７】
2017082789.tif 000009
【図８】
2017082789.tif 000010
【外国語明細書】
2017082789000001.pdf