(57)【要約】【課題】  ガスタービンエンジンの中の空気−オイル熱交換のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  ガスタービンエンジン（１００）用の流体冷却システム（４００、５００、６００）はコアエンジン（１０２）及び環状ファンケーシング（２０２）を有する。流体冷却システムは、ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体（４０８）を収容するように構成された流体リザーバ（４０２）を含む。システムは、ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体よりも温度が低いコールドシンク（４１５）をさらに含む。システムは、第１の端部（４１８）、第２の端部（４２０）、及びこれらの間に延びる導管（４２２）を含むヒートパイプ（４１６）をさらに含み、第２の端部は、コールドシンクに熱的に結合し、第１の端部は、流体に熱的に結合し、ヒートパイプは、流体から前記コールドシンクへの所定量の熱の伝達を助長する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアエンジン（１０２）及び環状ファンケーシング（２０２）を含むガスタービンエンジン（１００）用の流体冷却システム（４００、５００、６００）であって、
前記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体（４０８）を収容するように構成された流体リザーバ（４０２）と、
前記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ前記流体よりも温度が低いコールドシンク（４１５）と、
第１の端部（４１８）、第２の端部（４２０）、及びこれらの間に延びる導管（４２２）を含むヒートパイプ（４１６）と、
を備え、
前記第２の端部は、前記コールドシンクに熱的に結合し、前記第１の端部は、前記流体に熱的に結合し、
前記ヒートパイプは、前記流体から前記コールドシンクへの所定量の熱の伝達を助長する、流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項２】
前記流体リザーバ（４０２）は、オイルタンク（４０２）を備える、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項３】
前記流体（４０８）は、潤滑オイル（４０８）を備える、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項４】
前記流体リザーバ（４０２）は、前記環状ファンケーシング（２０２）の半径方向外側部にさらに配置される、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項５】
前記第２の端部（４２０）と前記コールドシンク（４１５）との間に熱的に結合した少なくとも１つの凝縮器（４１４）をさらに備える、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項６】
前記第１の端部（４１８）と前記流体（４０８）との間に熱的に結合した少なくとも１つの蒸発器（４１２）をさらに備える、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項７】
前記コールドシンク（４１５）は、環状ファンケーシング（２０２）、環状内側ハウジング（３１６）、出口ガイドベーン（ＯＧＶ）（３０２）、及びスラストリンク支持部（６０２）を備える、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項８】
前記コールドシンク（４１５）は出口ガイドベーン（ＯＧＶ）（３０２）を備え、前記ＯＧＶは、内部に定められたキャビティ（４１５）を備え、前記キャビティは、前記ＯＧＶの中の前記ヒートパイプ（４１６）の位置決めを助長するように構成される、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項９】
前記第１の端部（４１８）は、大きな表面積（４１８）を備える、請求項１に記載の流体冷却システム（４００、５００、６００）。
【請求項１０】
コアエンジン（１０２）と、
環状ファンケーシングと（２０２）、
流体冷却システム（４００、５００、６００）と、
を備えるガスタービンエンジン（１００）であって、
前記流体冷却システムは、
前記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体（４０８）を収容するように構成された流体リザーバ（４０２）と、
前記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ前記流体よりも温度が低いコールドシンク（４１５）と、
第１の端部（４１８）、第２の端部（４２０）、及びこれらの間に延びる導管（４２２）を含むヒートパイプ（４１６）と、
を備え、
前記第２の端部は、前記コールドシンクに熱的に結合し、前記第１の端部は、前記流体に熱的に結合し、
前記ヒートパイプは、前記流体から前記コールドシンクへの所定量の熱の伝達を助長する、ガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１１】
前記流体リザーバ（４０２）はオイルタンク（４０２）を備え、前記流体（４０８）は潤滑オイル（４０８）を備える、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１２】
前記流体リザーバ（４０２）は、前記環状ファンケーシング（２０２）の半径方向外側部上にさらに配置される、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１３】
前記第２の端部（４２０）と前記コールドシンク（４１５）との間に熱的に結合した少なくとも１つの凝縮器（４１４）と、
前記第１の端部（４１８）と前記流体（４０８）との間に熱的に結合した少なくとも１つの蒸発器（４１２）と、
をさらに備える、請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記コールドシンク（４１５）は、環状ファンケーシング（２０２）、環状内側ハウジング（３１６）、出口ガイドベーン（ＯＧＶ）、及びスラストリンク支持部を備える、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項１５】
前記コールドシンクは出口ガイドベーン（ＯＧＶ）（３０２）を備え、前記ＯＧＶは、内部に定められたキャビティ（４１５）を備え、前記キャビティは、前記ＯＧＶの中の前記ヒート（４１６）パイプの位置決めを助長するように構成される、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン内の空気−オイル熱交換のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、エンジンオイルによる潤滑を必要とする構成要素を含む。ガスタービンエンジンの主熱源に相当する２つのこのような構成要素は、エンジン軸受、エンジンギヤボックス、及び一体式駆動発電機（ＩＤＧ）又は可変周波数発電機（ＶＦＧ）システムなどのエンジン発電機である。ガスタービンエンジンは、オイルを特定の温度限界の範囲に維持するために燃料−オイル冷却器及び空気−オイル冷却器を必要とする。公知の空気−オイル冷却器は、小型熱交換器、表面冷却器、並びに小型バー及びプレート形式冷却器を含む。このような公知の空気−オイル冷却器は、ガスタービンエンジン内のオイルリザーバ及び空気−オイル冷却器並びに関連の配管及び取付け構成要素を含む、ファンケース取付け式のオイル温度管理機構の一部を形成する。
【０００３】
公知のファンケース取付け式オイル温度管理機構は、燃料消費率、性能、及びメンテナンス効率に影響を与える、顕著なサイズ、重量、ファン抗力（すなわちｄＰ／Ｐ）、及び複雑さに起因するコストをもたらす。さらに、内部で冷却されることになるオイルが通過して内部ダクトに流入する凝縮器としての出口ガイドベーン（ＯＧＶ）を含む温度管理機構を使用することは、オイル通路のメンテナンスバジェットが必要となる。さらに、公知の空気−オイル冷却器は、高性能ガスタービンエンジンにおいて潤滑オイル効率的に冷却するために大きな圧力降下バジェットを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８７２１２７１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
１つの態様において、ガスタービンエンジン用の流体冷却システムが提供される。ガスタービンエンジンは、コアエンジン及び環状ファンケーシングを有する。流体冷却システムは、ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体を収容するように構成された流体リザーバを含む。システムは、ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体よりも温度が低いコールドシンクをさらに含む。システムは、第１の端部、第２の端部、及びこれらの間に延びる導管を含むヒートパイプをさらに含み、第２の端部は、コールドシンクに熱的に結合し、第１の端部は、流体に熱的に結合し、ヒートパイプは、流体から前記コールドシンクへの所定量の熱の伝達を助長する。
【０００６】
他の態様において、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、コアエンジン、環状ファンケーシング、及び流体冷却システムを含む。流体冷却システムは、ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体を収容するように構成された流体リザーバを含む。システムは、ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体よりも温度が低いコールドシンクをさらに含む。システムは、第１の端部、第２の端部、及びこれらの間に延びる導管を含むヒートパイプをさらに含み、第２の端部は、コールドシンクに熱的に結合し、第１の端部は、流体に熱的に結合し、ヒートパイプは、流体から前記コールドシンクへの所定量の熱の伝達を助長する。
【０００７】
さらに他の態様において、ガスタービンエンジン内の流体を冷却する方法が提供される。ガスタービンエンジンは、コアエンジンを含み、流体リザーバは、流体を収容するように構成され、コールドシンクは、流体よりも温度が低い。本方法は、流体とコールドシンクとの間の熱抵抗を含む所定の熱伝達特性になるのを助長する性能パラメータを有するようにヒートパイプを選択するステップを含む。さらに、本方法は、ヒートパイプの第１の端部を流体に熱的に結合するステップを含む。さらに、本方法は、ヒートパイプの第２の端部をコールドシンクに熱的に結合するステップを含む。さらに、本方法は、流体から第１の端部へ熱を受け入れるステップを含む。さらに、本方法は、ヒートパイプを介してコールドシンクに熱を伝達するステップを含む。
【０００８】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
【０００９】
図１から６は、本明細書に記載の装置及び方法の例示的な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジン内で使用できる例示的な環状ファンケーシングの前方から後方への斜視図。
【図３】図１に示すガスタービンエンジン内で使用できる例示的なファンモジュールの後方から前方への斜視図。
【図４】図１に示すガスタービンエンジン内で使用できる流体リザーバのための受動的温度管理システムの例示的な実施形態の概略図。
【図５】図１に示すガスタービンエンジン内で使用できる受動的温度管理システムの例示的な実施形態の側面図。
【図６】図１に示すガスタービンエンジン内で使用できるオイルタンクのための受動的温度管理システムの別の実施形態の後方から前方への斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。何れかの図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面の何れかの特徴と組み合わせて参照及び／又は請求項に記載することができる。
【００１２】
別途指示されていない限り、本明細書で示される図面は、本開示の実施形態の特徴を例証するものとする。これらの特徴は、本開示の１又はそれ以上の実施形態を含む幅広い種類のシステムで適用可能であると考えられる。従って、図面は、本明細書で開示される実施形態の実施に必要とされる当業者には公知の従来の全ての特徴を含むことを意図するものではない。
【００１３】
以下の明細書及び請求項において幾つかの用語を参照するが、これらは以下の意味を有すると定義される。
【００１４】
単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。
【００１５】
「任意」又は「場合により」とは、それに続いて記載されている事象又は状況が起こってもよいし起こらなくてもよいことを意味し、その記載はその事象が起こる場合と起こらない場合を含む。
【００１６】
本明細書及び請求項全体を通じてここで使用される近似表現は、関連する基本的機能の変更をもたらすことなく、許容範囲内で変わることのできるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」、「およそ」及び「実質的に」などの１又は複数の用語により修飾される値は、指定される厳密な値に限定されるものではない。少なくとも一部の事例において、近似表現は、値を測定する計器の精度に対応することができる。ここで、及び明細書及び請求項全体を通じて、範囲限界は組み合わせ及び／又は置き換えが可能であり、このような範囲は前後関係又は表現がそうでないことを示していない限り、識別され、ここに包含される部分範囲全てを含む。
【００１７】
以下の詳細な説明は、限定ではなく例証として本開示の実施形態について例示している。本開示は、ガスタービンエンジンの中の流体からその冷却器部分へ熱を伝達するためにヒートパイプを使用するための方法及びシステムに対して一般的に応用されることが企図される。
【００１８】
本明細書に記載のヒートパイプを用いてオイルリザーバ及び複数の出口ガイドベーン（ＯＧＶ）を熱的に統合するためのシステム及び方法の実施形態は、ガスタービンエンジンの作動時にエンジンオイルを所定の温度限界の範囲に維持するのを助長する。また、本明細書に記載のヒートパイプを用いてオイルリザーバ及びＯＧＶを熱的に統合するためのシステム及び方法は、構成要素の数量、サイズ、及び重量を低減することでエンジンオイル温度管理機構を単純化する。さらに、前記のヒートパイプを用いてオイルリザーバと複数のＯＧＶを熱的に統合するためのシステム及び方法は、ガスタービンエンジンの低減されたＳＦＣ、低減されたファン抗力、高い性能、及び単純なメンテナンスを可能にする。さらに、前記のヒートパイプを用いてオイルリザーバと複数のＯＧＶを熱的に統合するためのシステム及び方法は、エンジンオイル圧力を高めることなくガスタービンエンジン内の潤滑オイルの効率的な熱交換を助長する。
【００１９】
図１は、例示的なガスタービンエンジン１００の概略図である。ガスタービンエンジン１００は、軸方向直列流れ関係で、コアエンジンシャフト１１２の周りを回転するコアエンジンロータ１１０上の高圧圧縮機（ＨＰＣ）１０４、燃焼器組立体１０６、及び高圧タービン（ＨＰＴ）１０８を有するガス発生器又はコアエンジン１０２を含む。ＨＰＣ１０４、燃焼器組立体１０６、ＨＰＴ１０８、コアエンジンロータ１１０、及びコアエンジンシャフト１１２は、コアアンダーカウル空間１１４の内部でコアカウル１１３の半径方向内側に配置される。また、ガスタービンエンジン１００は、軸方向直列流れ関係で、出力エンジンロータ１２０上に配置された低圧圧縮機又はファン１１６及び低圧タービン（ＬＰＴ）１１８を含む。
【００２０】
例示的なガスタービンエンジン１００の作動時、空気は、ガスタービンエンジン１００の前方１２１の端部から中心軸１２２に沿って流入して後方１２３の端部へ流れ、加圧空気がＨＰＣ１０４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器組立体１０６に送給される。燃焼器組立体１０６からの排出ガス流（図１には示されていない）は、ＨＰＴ１０８及びＬＰＴ１１８を駆動する。出力エンジンシャフト１２４は、出力エンジンロータ１２０及びファン１１６を駆動する。また、例示的なガスタービンエンジン１００において、ガスタービンエンジン１００の前方１２１の端部に設けられた一次空気入口１２６は、円周方向境界を定めるナセル１２８を含む。ナセル１２８は、少なくとも部分的にコアエンジン１０２を囲む。また、ナセル１２８は、ファン１１６後方のバイパスダクト１３０の半径方向外壁を定める。バイパスダクト１３０の内部には、前述のコアカウル１１３及びコアアンダーカウル空間１１４内のガスタービンエンジン１００の構成要素がある。ガスタービンエンジン１００全体にわたって、図示されていない種々のタイプのバルブが存在し、これは、限定されるものではないが、潤滑オイル、冷却剤、燃料、吸気、及び排出ガスを含む種々の液体及び気体の流れを制御する。ガスタービンエンジン１００内の少なくとも一部のバルブは、液体とガスとの間の温度勾配を定め、それによってバルブの一方側のガス及び液体は、バルブの他方側よりも温度が高いか又は低い。さらに、ガスタービンエンジン１００は、後方１２３の端部に排出口１３２を含む。
【００２１】
図２は、図１に示すガスタービンエンジン１００に使用できる例示的な環状ファンケーシング２０２の前方から後方への斜視図である。ナセル１２８は、環状ファンケーシング２０２の前方１２１に配置される。ナセル１２８の断面は略「Ｕ」形であり、湾曲部が入口リップ２０４を定め、内壁２０６が略軸方向で入口リップ２０４の後方１２３に延び、外壁２０８が略軸方向で入口リップ２０４の後方１２３に延びる。環状ファンケーシング２０２は、ファン１１６（図２には示されていない）を囲むように構成される。内壁２０６は、空気入口１２６に入る空気の流路を形成し、外壁２０８は、外部空気流に晒される。
【００２２】
図３は、図１に示すガスタービンエンジン１００に使用できる例示的なファンモジュール３００の後方から前方への斜視図である。ファンモジュール３００は、コアカウル１１３及びナセル１２８（図３には示されていない）に結合しかつ環状ファンケーシング２０２の中に配置された複数の出口ガイドベーン（ＯＧＶ）３０２を含む。複数のＯＧＶ３０２の各ＯＧＶは、根元３０４、先端３０６、前縁３０８、後縁３１０、並びに対向側面３１２及び３１４を含む。ＯＧＶ３０２は翼形形状であり、図示しない上流側ファンから出る空気流から接線方向のスワール成分を除去するように位置決め及び配向される。
【００２３】
作動時、例示的なファンモジュール３００において、ＯＧＶ３０２は、コアカウル１１３とナセル１２８を結合する構造部材（ファンストラットと呼ばれる場合もある）として機能する。別の実施形態において、図示されていないが、これらの支持機能は、他の又は追加の構成要素が果たすことができる。ＯＧＶ３０２は、予期される運転荷重に耐える適切な強度を有する任意の金属で構成され、かつ所望の形状に形成することができる。ＯＧＶ３０２に熱伝導性材料を使用すると、図示されていないガスタービンエンジン１００内の熱伝達が強化される。
【００２４】
図４は、図１に示すガスタービンエンジン１００に使用できる流体リザーバ４０２のための受動的温度管理システム４００の例示的な実施形態の概略図である。例示的な実施形態において、受動的温度管理システム４００は、限定されるものではないが、潤滑オイルを収容するオイルタンクを含む少なくとも１つの流体リザーバ４０２を備える。単に例示的に、流体リザーバ４０２は、入口４０４及び出口４０６を含む。流体リザーバ４０２は内部に流体４０８、例えば潤滑オイルを収容する。また、例示的な実施形態において、受動的温度管理システム４００は、限定されるものではないが、ガスタービンエンジン１００の潤滑を必要とする種々の構成要素からの潤滑オイルなどの高温液体を含む、少なくとも１つの熱源４１０を備える。さらに、例示的な実施形態において、受動的温度管理システム４００は、流体４０８に熱的に結合した少なくとも１つの蒸発器４１２と、コールドシンク４１５に熱的に結合した少なくとも１つの凝縮器４１４とを含む。
【００２５】
また、例示的な実施形態において、受動的温度管理システム４００は、少なくとも１つのヒートパイプ４１６を含む。ヒートパイプ４１６は、蒸発器４１２と凝縮器４１４との間に熱的に結合される。さらに、例示的な実施形態において、ヒートパイプ４１６は、第１の端部４１８、第２の端部４２０、及びこれらの間に延びる導管４２２を含む。ヒートパイプ４１６は、流体４０８及び圧力のうちの少なくとも一方が流体リザーバ４０２の内部から漏れるのを防止するように構成されるシール付き開口４２３を通って流体リザーバ４０２の内部に延びる。各ヒートパイプ４１６の少なくとも第１の部分は、図示されていない適切な断熱材で覆われている。各第２の端部４２０の少なくとも第２の部分は断熱されていない。第１の端部４１８は、蒸発器４１２の上又はその中に配置され、これに熱的に結合する。第２の端部４２０は、凝縮器４１４の上又はその内部に配置され、これに熱的に結合する。さらに他の実施形態において、図示しないが、蒸発器４１２及び凝縮器４１４は別個の構成要素ではなく、それぞれ第１の端部４１８及び第２の端部４２０の一部として一体的に形成される。さらに他の実施形態において、図示されていないが、蒸発器４１２及び凝縮器４１４の少なくとも一方は存在せず、ヒートパイプ４１６は、熱源４１０とコールドシンク４１５との間に熱的に結合される（限定されるものではないが、図５を参照して以下に詳細に示すように熱源４１よりも低温のガスタービンエンジン１００の外部の位置を含む、ガスタービンエンジン１００の少なくとも１つの部分に配置される）。さらに他の実施形態において、図示されていないが、第１の端部４１８の近くのヒートパイプ４１６の少なくとも一部は巻き付けられており、高温流体４０８とヒートパイプ４１６との間の熱交換のための表面積の増加（巻き付けられていない第１の端部４１８に比べて）を助長する。
【００２６】
作動時、例示的な実施形態において、第１の端部４１８及び第２の端部４２０は、それぞれ蒸発器４１２及び凝縮器４１４の中又はその上に取り付けられ、それらの間の熱交換を助長する。また、例示的な実施形態の作動時、熱源４１０及び流体４０８の少なくとも１つは凝縮器４１４よりも温度が高く、その理由は、限定されるものではないが、凝縮器がガスタービンエンジン１００からより遠くに配置されること又は熱源４１０及び流体４０８の少なくとも１つよりも温度が低い領域にあることを含む。この状况下で、熱源４１０からの熱は、ヒートパイプ４１６を通って第１の端部４１８から第２の端部４２０へ伝達される。
【００２７】
また、例示的な実施形態の作動時、各ヒートパイプ４１６は、閉口した細長い外壁を有し、これによってキャビティが規定される（図４には示されていない）。このキャビティは、図４に示されていない毛細管構造又は芯（ｗｉｃｋ）が裏打ちされており、作動流体を収容する（流体リザーバ４０２の中に収容される流体４０８と同じ流体ではない）。ヒートパイプ４１６にガス、水、有機物質、相変化材料、及び低融点金属などの種々の作動流体を使用することが知られている。ヒートパイプ４１６は、熱伝達の点で高効率である。ヒートパイプ４１６の数量、長さ、直径、形状、作動流体、及び他の性能パラメータは、エンジン作動時並びにソークバック状態時の所望の熱伝達の程度に基づいて選択される。さらに、例示的な実施形態の作動時、限定されるものではないが、形状、長さ、直径、及び厚さを含むヒートパイプ４１６、蒸発器４１２、及び凝縮器４１４の特徴は、ガスタービンエンジン１００の中での個々の配向及び配置に対応するために様々とすることができる。従って、ヒートパイプ４１６の個々のデザインは、ガスタービンエンジン１００の中の特定の用途に応じて適切な復水を保証するために、より強い毛細管作用を必要とする場合がある。
【００２８】
さらに、例示的な実施形態の作動において、熱源４１０からの熱は、蒸発器４１２の中に循環してヒートパイプ４１６の第１の端部４１８を加熱する。ヒートパイプ４１６の中の作動流体は、熱を吸収して蒸発する。従って、発生した蒸気は、ヒートパイプ４１６の内部のキャビティを移動して第２の端部４２０で凝縮するので、熱は、熱源４１０から凝縮器４１４に近いガスタービンエンジン１００のより低温の領域に伝達される。次に、凝縮された作動流体は、限定されるものではないが、毛細管作用によって、第２の端部４２０から、限定されるものではないが、流体リザーバ４０２の中に収容された熱源４１０及び流体４０８のうちの少なくとも１つを含むガスタービンエンジン１００のより高温の領域の元の第１の端部４１８に移送され、これにより回路が完成する。さらに、例示的な実施形態の作動において、結果として得られる熱源４１０から凝縮器４１４への熱伝達は、加熱率に応じて凝縮器４１４の近くのガスタービンエンジン１００の領域における効果的な氷生成の阻止（すなわち、防氷）及び氷剥離の阻止のうちの少なくとも一方を可能にする受動的温度管理システム４００を助長する。さらに、例示的な実施形態の作動において、受動的温度管理システム４００は受動的なので密封されかつバルブを必要としない。限定されるものではないが、ヒートパイプ４１６の数量、サイズ、及び位置を含むデザインパラメータは、必要に応じて熱除去及び熱伝達可能にするように選択することができ、このようなデザインパラメータは、熱源４１０とコールドシンク４１５との間の熱抵抗を含む所定の熱伝達特性になるのを助長するように様々とすることができる。
【００２９】
さらに、例示的な実施形態の作動において、選択された厳密な構成に応じて、システム性能は、防氷又は除氷のためのみを目的とすることができる。ガスタービンエンジンの冷却システムは、エンジンの１つの部分で望ましくない熱を利用しかつ熱を必要とするエンジンの他の部分でその熱を使用して、公知の冷却システムに関連する損失及び別個の防氷熱源の必要性の両方を防ぐ。
【００３０】
図５は、図１に示すガスタービンエンジン１００に使用することができる受動的温度管理システム５００の例示的な実施形態の側面図である。例示的な実施形態において、流体リザーバ４０２は、環状ファンケーシング２０２の半径方向外側部分に取り付けられたオイタンク内に統合される。図４を参照して上記に図示及び説明されるように、流体リザーバ４０２は、流体４０８（例えば、潤滑オイル）を収容し、高温流体４０８は、ガスタービンエンジン１００の他の場所から入口４０４を通ってリザーバ４０２の中に循環する。入口４０４を通ってリザーバ４０２に入る状態では、流体４０８（例えば、高温オイル）は、第１の温度である。その後、流体４０８は、その内部の含まれる熱をヒートパイプ４１６の第１の端部４１８で交換し、その結果、流体４０８は、リザーバ４０２から出る前に第２の温度（第１の温度よりも低い）まで冷却され、ガスタービンエンジン１００の種々の構成要素に再循環するようになっている。流体４０８は、ガスタービンエンジン１００の中を通って作動する際に熱を獲得する。また、例示的な実施形態において、コールドシンク４１５は、限定されるものではないが、コアエンジン１０２（図５には一部だけが示される）からの距離を含むガスタービンエンジン１００の物理的状態に起因して、第３の温度（第１の温度及び第２の温度の両方よりも低い）であるＯＧＶ３０２の中に統合されて、一次空気入口１２６及びファン１１６の冷却空気流路後方１２３に晒される。
【００３１】
また、例示的な実施形態において、ヒートパイプ４１６は、限定されるものではないが、内部に定められた環状キャビティ（図５には示されていない）を含む、ＯＧＶ３０２の構造体の材料の内部に配置される。図示されていない他の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、ＯＧＶ３０２の内部に配置されず、代わりに図５を参照して以下に詳細に説明するように、ＯＧＶ３０２の対向する側面３１２及び３１４の一方又は両方の上に配置される。追加の特徴部符号は、図５に含まれており、図１を図１−４に相互関連付けするのを助長するようになっている。
【００３２】
作動時、例示的な実施形態において、熱源４１０、流体４０８、及び流体リザーバ４０２の少なくとも１つは、ガスタービンエンジン１００のソークバックを含む作動時、ＯＧＶ３０２よりも高温である。従って、ＯＧＶ３０２は、第２の端部４２０及び凝縮器４１４（図５には示されていない）の少なくとも一方が熱的に結合されるコールドシンク４１５である。図４を参照して上記に図示及び説明されるように、熱源４１０は、流体４０８を介して第１の端部４１８に所定量の熱を伝達し、ヒートパイプ４１６の第１の端部４１８を加熱する。所定量の熱は、ヒートパイプ４１６を介して冷却器のＯＧＶ３０２に熱的に結合された第２の端部４２０に伝達されるので、流体リザーバ４０２の中に収容された流体４０８を受動的に冷却する。
【００３３】
図６は、図１に示すガスタービンエンジン１００に使用することができるオイルタンクのための受動的温度管理システム６００の別の実施形態の後方から前方への斜視図である。別の実施形態において、受動的温度管理システム６００は、ガスタービンエンジン１００の少なくとも１つの部分に結合された少なくとも１つの流体リザーバ４０２を含む。また、別の実施形態において、流体リザーバ４０２は、潤滑オイルを収容するオイルタンクに統合されかつ環状ファンケーシング２０２の半径方向外側部に取り付けられる。少なくとも１つの熱源４１０は、図４を参照して上記に図示及び説明されるように蒸発器４１２に熱的に結合する。さらに、別の実施形態において、ガスタービンエンジン１００は、スラストリンク支持部６０２を含む。また、受動的温度管理システム６００は、スラストリンク支持部６０２の後方１２３に面した部分において少なくとも１つの部分に結合した少なくとも１つの凝縮器４１４を含む。環状内側ハウジング３１６は、スラストリンク支持部６０２に半径方向外側部で結合する。図示されていないさらに別の実施形態において、凝縮器４１４は、スラストリンク支持部６０２の図示しない少なくとも１つの前方１２１に面する部分に単独で又は少なくとも１つの後方１２３に面する部分と組み合わせて熱的に結合する。
【００３４】
また、別の実施形態において、受動的温度管理システム６００は、少なくとも１つのヒートパイプ４１６を含む。ヒートパイプ４１６は、図４を参照して上記に図示及び説明されるように、蒸発器４１２と凝縮器４１４の間に熱的に結合する。蒸発器４１２は、熱源４１０（例えば、流体リザーバ４０２の中に収容された高温流体４０８）に熱的に結合される。図示されていない他の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、蒸発器４１２に熱的に結合すると共に熱源４１０に結合する。さらに、他の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、スラストリンク支持部６０２、環状内側ハウジング３１６、環状ファンケーシング２０２、及びＯＧＶ３０２のうちの少なくとも１つにさらに結合する。図示しない他の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、スラストリンク支持部６０２、環状内側ハウジング３１６、環状ファンケーシング２０２、及びＯＧＶ３０２のうちの少なくとも１つに結合せず、代わりに、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合するか又はガスタービンエンジン１００の他の部分に結合しない。
【００３５】
さらに、他の実施形態において、受動的温度管理システム６００は、環状ファンケーシング２０２と環状内側ハウジング３１６との間に配置された少なくとも１つのＯＧＶ３０２の対向する側面３１２及び３１４のうちの少なくとも１つに熱的に結合された少なくとも１つの凝縮器４１４を含む。さらに、別の実施形態において、図４を参照して上記に図示及び説明されるように、ヒートパイプ４１６は、蒸発器４１２と凝縮器４１４との間に熱的に結合する。さらに、別の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、環状ファンケーシング２０２及びＯＧＶ３０２のうちの少なくとも１つにさらに結合する。図示されていない他の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、環状ファンケーシング２０２及びＯＧＶ３０２のうちの少なくとも１つに結合せず、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合するか又はガスタービンエンジン１００の他の部分に結合しない
さらに、他の実施形態において、受動的温度管理システム６００は、限定されるものではないが、半径方向外側面を含む環状内側ハウジング３１６の少なくとも１つの部分に結合された少なくとも１つの凝縮器４１４を含む。図示されていない他の実施形態において、少なくとも１つの凝縮器４１４は、図示されていない環状内側ハウジング３１６の半径方向内側面の少なくとも１つに、単独で又は少なくとも１つの半径方向外側面と組み合わされて熱的に結合する。図４を参照して上記に図示及び説明されるように、ヒートパイプ４１６は、蒸発器４１２と凝縮器４１４との間に熱的に結合する。さらに、別の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、環状内側ハウジング３１６、環状ファンケーシング２０２、及びＯＧＶ３０２のうちの少なくとも１つにさらに結合する。図示されていない他の実施形態において、ヒートパイプ４１６は、環状内側ハウジング３１６、環状ファンケーシング２０２、及びＯＧＶ３０２のうちの少なくとも１つに結合せず、代わりに、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合するか又はガスタービンエンジン１００の他の部分に結合しない。
【００３６】
さらに、別の実施形態において、受動的温度管理システム６００は、限定されるものではないが、半径方向内側面を含む環状ファンケーシング２０２の少なくとも１つの部分に結合される少なくとも１つの凝縮器４１４を含む。図４を参照して上記に図示及び説明されるように、ヒートパイプ４１６は、蒸発器４１２と凝縮器４１４との間に熱的に結合する。さらに、別の実施形態において、少なくとも１つのヒートパイプ４１６は、環状内側ハウジング３１６に熱的に結合した凝縮器４１４、ＯＧＶ３０２、スラストリンク支持部６０２、環状ファンケーシング２０２、及びこれらを組み合わせたものと、環状ファンケーシング２０２の半径方向外側部に結合した少なくとも１つの流体リザーバ４０２上の少なくとも１つの熱源４１０に結合された少なくとも１つの蒸発器４１２との間に熱的に結合される。
【００３７】
作動時、別の実施形態において、熱源４１０（すなわち、流体リザーバ４０２の中に収容された高温流体４０８）は、一般に、ガスタービンエンジン１００のソークバックを含む一般的な作動状態時、スラストリンク支持部６０２、ＯＧＶ３０２、環状ファンケーシング２０２、及び環状内側ハウジング３１６よりも温度が高い。従って、スラストリンク支持部６０２、ＯＧＶ３０２、環状内側ハウジング３１６、及び環状内側ハウジング３１６は、凝縮器４１４が熱的に結合されるコールドシンク４１５である。図４を参照して上記に図示及び説明されるように、熱源４１０は、蒸発器４１２及びヒートパイプ４１６の第１の端部４１８のうちの少なくとも１つに熱を伝達する。蒸発器４１２は、ヒートパイプ４１６の第１の端部４１８を加熱する。熱は、ヒートパイプ４１６を介して、スラストリンク支持部６０２、ＯＧＶ３０２、環状ファンケーシング２０２、及び環状内側ハウジング３１６のうちの少なくとも１つに結合された凝縮器４１４の近くの冷却器の第２の端部４２０に伝達されるので、流体リザーバ４０２の内部に収容された流体４０８を能動的に冷却する。
【００３８】
前記のヒートパイプを用いてオイルリザーバと複数のＯＧＶを熱的に統合するためのシステム及び方法の実施形態により、ガスタービンエンジンの作動時にエンジンオイルを温度限界の範囲に維持するのが容易になる。また、前記のヒートパイプを用いてオイルリザーバと複数のＯＧＶを熱的に統合するためのシステム及び方法は、構成要素の数量、サイズ、及び重量を低減することで、エンジンオイル温度管理機構を単純化する。さらに、前記のヒートパイプを用いてオイルリザーバと複数のＯＧＶを熱的に統合するためのシステム及び方法は、ガスタービンエンジンの低減されたＳＦＣ、低減されたファン抗力、高い性能、及び単純なメンテナンスを可能にする。さらに、前記のヒートパイプを用いてオイルリザーバと複数のＯＧＶを熱的に統合するためのシステム及び方法は、エンジンオイル圧力を高めることなくガスタービンエンジン内の潤滑オイルの効率的な熱交換を助長する。
【００３９】
前記ではヒートパイプを用いてオイルリザーバと複数のＯＧＶを熱的に統合するための例示的なシステム、装置、及び方法が詳細に説明される。例示の装置は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、むしろ、各々の構成要素は、本明細書に記載の他の構成要素とは独立して又は別々に利用することができる。各システムの構成要素は、他のシステムの構成要素と組み合わせて使用することもできる。
【００４０】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本開示を説明し、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開示を実施することを可能にする。本開示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。
【００４１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
コアエンジン及び環状ファンケーシングを含むガスタービンエンジン用の流体冷却システムであって、
上記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体を収容するように構成された流体リザーバと、
上記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ上記流体よりも温度が低いコールドシンクと、
第１の端部、第２の端部、及びこれらの間に延びる導管を含むヒートパイプと、
を備え、
上記第２の端部は、上記コールドシンクに熱的に結合し、上記第１の端部は、上記流体に熱的に結合し、
上記ヒートパイプは、上記流体から上記コールドシンクへの所定量の熱の伝達を助長する、流体冷却システム。
［実施態様２］
上記流体リザーバは、オイルタンクを備える、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様３］
上記流体は、潤滑オイルを備える、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様４］
上記流体リザーバは、上記環状ファンケーシングの半径方向外側部にさらに配置される、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様５］
上記第２の端部と上記コールドシンクとの間に熱的に結合した少なくとも１つの凝縮器をさらに備える、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様６］
上記第１の端部と上記流体との間に熱的に結合した少なくとも１つの蒸発器をさらに備える、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様７］
上記コールドシンクは、環状ファンケーシング、環状内側ハウジング、出口ガイドベーン（ＯＧＶ）、及びスラストリンク支持部を備える、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様８］
上記コールドシンクは出口ガイドベーン（ＯＧＶ）を備え、上記ＯＧＶは、内部に定められたキャビティを備え、上記キャビティは、上記ＯＧＶの中の上記ヒートパイプの位置決めを助長するように構成される、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様９］
上記第１の端部は、大きな表面積を備える、実施態様１に記載の流体冷却システム。
［実施態様１０］
コアエンジンと、
環状ファンケーシングと、
流体冷却システムと、
を備えるガスタービンエンジンであって、
上記流体冷却システムは、
上記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ流体を収容するように構成された流体リザーバと、
上記ガスタービンエンジンの中に配置されかつ上記流体よりも温度が低いコールドシンクと、
第１の端部、第２の端部、及びこれらの間に延びる導管を含むヒートパイプと、
を備え、
上記第２の端部は、上記コールドシンクに熱的に結合し、上記第１の端部は、上記流体に熱的に結合し、
上記ヒートパイプは、上記流体から上記コールドシンクへの所定量の熱の伝達を助長する、ガスタービンエンジン。
［実施態様１１］
上記流体リザーバはオイルタンクを備え、上記流体は潤滑オイルを備える、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１２］
上記流体リザーバは、上記環状ファンケーシングの半径方向外側部上にさらに配置される、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１３］
上記第２の端部と上記コールドシンクとの間に熱的に結合した少なくとも１つの凝縮器をさらに備える、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１４］
上記第１の端部と上記流体との間に熱的に結合した少なくとも１つの蒸発器をさらに備える、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１５］
上記コールドシンクは、環状ファンケーシング、環状内側ハウジング、出口ガイドベーン（ＯＧＶ）、及びスラストリンク支持部を備える、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１６］
上記コールドシンクは出口ガイドベーン（ＯＧＶ）を備え、上記ＯＧＶは、内部に定められたキャビティを備え、上記キャビティは、上記ＯＧＶの中の上記ヒートパイプの位置決めを助長するように構成される、実施態様１０に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１７］
ガスタービンエンジン内の流体を冷却する方法であって、上記ガスタービンエンジンは、コアエンジンを含み、流体リザーバは、流体を収容するように構成され、コールドシンクは、上記流体よりも温度が低く、上記方法は、
上記流体と上記コールドシンクとの間の熱抵抗を含む所定の熱伝達特性になるのを助長する性能パラメータを有するようにヒートパイプを選択するステップと、
上記ヒートパイプの第１の端部を上記流体に熱的に結合するステップと、
上記ヒートパイプの第２の端部を上記コールドシンクに熱的に結合するステップと、
上記流体から上記第１の端部へ熱を受け入れるステップと、
上記ヒートパイプを介して上記コールドシンクに熱を伝達するステップと、
を含む方法。
［実施態様１８］
上記ヒートパイプの第１の端部を上記流体に熱的に結合するステップは、上記第１の端部において大きな表面積を定めて、上記ヒートパイプを介して上記コールドシンクに熱を伝達するステップを助長するステップを含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
上記ヒートパイプの第２の端部を上記コールドシンクに熱的に結合するステップは、上記第２の端部を環状ファンケーシング、環状内側ハウジング、外部ガイドベーン、及びスラストリンク支持部に熱的に結合するステップを含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様２０］
蒸発器を上記第１の端部と上記流体との間に熱的に結合するステップと、
凝縮器を上記第２の端部と上記コールドシンクとの間に熱的に結合するステップと、
をさらに含む、実施態様１７に記載の方法。
【符号の説明】
【００４２】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  コアエンジン
１０４  高圧圧縮機（ＨＰＣ）
１０６  燃焼器組立体
１０８  高圧タービン（ＨＰＴ）
１１０  コアエンジンロータ
１１２  コアエンジンシャフト
１１３  コアカウル
１１４  コアアンダーカウル空間
１１６  ファン
１１８  低圧タービン（ＬＰＴ）
１２０  出力エンジンロータ
１２１  前方
１２２  中心軸
１２３  後方
１２４  出力エンジンシャフト
１２６  空気入口
１２８  ナセル
１３０  バイパスダクト
１３２  排出口
２０２  環状ファンケーシング
２０４  入口リップ
２０６  内壁
２０８  外壁
３００  ファンモジュール
３０２  出口ガイドベーン（ＯＧＶ）
３０４  根元
３０６  先端
３０８  前縁
３１０  後縁
３１２  対向する側面
３１４  対向する側面
３１６  環状内側ハウジング
４００  受動的温度管理システム
４０２  リザーバ
４０４  入口
４０６  出口
４０８  流体
４１０  熱源
４１２  蒸発器
４１４  凝縮器
４１５  コールドシンク
４１６  ヒートパイプ
４１８  第１の端部
４２０  第２の端部
４２２  導管
４２３  シール付き開口
５００  受動的温度管理システム
６００  受動的温度管理システム
６０２  スラストリンク支持部
【図１】
2017198204.tif 000003
【図２】
2017198204.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017198204.tif 000007
【図６】
2017198204.tif 000008
【外国語明細書】
2017198204000001.pdf