特許 7337852 ターボ機械用熱交換器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-25

(45)【発行日】2023-09-04

(54)【発明の名称】ターボ機械用熱交換器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 53/02 20060101AFI20230828BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20230828BHJP

   F04D 29/42 20060101ALI20230828BHJP

【ＦＩ】

B21D53/02 Z

F04D29/58 S

F04D29/42 M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020568999

(86)(22)【出願日】2019-06-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-11

(86)【国際出願番号】 FR2019051426

(87)【国際公開番号】W WO2019239070

(87)【国際公開日】2019-12-19

【審査請求日】2022-06-10

(31)【優先権主張番号】1855246

(32)【優先日】2018-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】516227272

【氏名又は名称】サフラン・エアクラフト・エンジンズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ギユ，ランスロ

(72)【発明者】

【氏名】オベールジェ，ステファーヌ・ルイ・リュシアン

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５３３４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３４９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１９２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１５３３６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特公昭４７－０４４４２７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０８－１００９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ５３／０２

Ｆ０４Ｄ ２９／５８

Ｆ０４Ｄ ２９／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

特にダブルフローターボ機械ケーシングの環状シェルの径方向内面または外面に取り付けられることを意図した環状熱交換器（１２）の製造方法であって、
ダイによって熱交換器（１２）プリフォーム（３２）を押し出しによって得るステップであって、ダイは、プリフォーム（３２）が、
冷却される流体の循環のための第１のパイプ（１１、１８）と、
押し出し方向に垂直な方向に第１のパイプ（１１、１８）のいずれかの側に配置された第２のパイプ（２３、２４）と、を備えるように成形されるステップと、
プリフォーム（３２）に外側から穴（３４）を作成するステップであって、この穴（３４）はプリフォーム（３２）の第２のパイプの１つ（２４）に通じているステップと、
第２の所与のパイプ（２４）の前記穴（３４）に、その通路断面を部分的に閉鎖するための部材（３０）を導入するステップと、を備える方法。

【請求項2】

プリフォーム（３２）の前記中央部分に、プリフォーム（３２）の外側から、前記特定の第１のパイプ（１８）に開口する第１の流体出口開口部（３６ａ）を作成するステップと、
プリフォーム（３２）の前記中央部分に、プリフォームの外側から、前記特定の第１のパイプ（１８）に開口する第１の流体出口開口部（４６）を作成するステップと、
前記第１の入口開口部（３６ａ）と前記第１の出口開口部（４６）との間の、押し出し方向における前記特定の第１のパイプ（１８）内の流体の流れを遮断するステップと、を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

プリフォーム（３２）の中央部分に、プリフォーム（３２）の外側から、第２の所与のパイプ（２４）に開口する第２の流体入口開口部（３６ｂ）と、第２の所与のパイプ（２４）に開口する第２の流体出口開口部（５４）を作成するステップを備え、前記シーリング部材（３０）は、第２の入口開口部（３６ｂ）と第２の出口開口部（５４）との間の押し出し方向に沿って介在される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

プリフォーム（３２）の端に流体結合部材（１４、１６）を追加するステップを備え、それによって、
第１の入口開口部（３６ａ）と第１の出口開口部（４６）との間の第１の回路に流体の流れを形成し、
第２の入口開口部（３６ｂ）と第２の出口開口部（５４）との間の第２の回路に流体の流れを形成する、請求項２および３に記載の方法。

【請求項5】

第１の入口開口部（３６ａ）は、プリフォーム（３２）の厚さ内に凹部（３８）を形成し、続いて、前記特定の第１のパイプ（１８）に流体接続するための穴（４２）を作成することによって作成される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

第２の入口開口部（３６ｂ）は、前記凹部（３８）を形成し、続いて、前記第２の所与のパイプ（２４）に流体接続するための穴（４４）を作成することによって作成される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

プリフォームの中央部分にシーリングプレート（５６）を追加するステップを備え、このプレートには流体通路切欠きが設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

シーリングプレート（５６）は、第１および第２のパイプへの流体供給ならびに第１および第２のパイプからの流体出口のための流体接続パイプを備えた収集プレート（５８）で覆われ得る、請求項７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボ機械用の環状熱交換器、特に二次空気流中に取り付けられることを目的とした環状熱交換器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

図１は、他の可動部品または固定部品と摩擦する可動部品、例えば軸受を備えたダブルフローターボ機械１０を示している。摩擦による加熱によって破損しないように、部品にはオイルが噴霧され、それにより加熱を制限（または封じ込め）することができる一方で、部品を潤滑して、部品を他の部品上で摺動させやすくする。

【0003】

オイルは、図２に示すように、熱交換器、特にオイル／空気交換器１２を備えた回路を流れ、この回路は、熱交換を実現するように形成された曲がりくねったパイプ形のマトリックスがあり、マトリックスに前記部品からのオイルが導入され、次に冷却されてから、前記部品に再び投入される。図２に示す熱交換器は、二次空気流の環状流路を径方向外向きまたは内向きに区切る環状シュラウドの（ターボ機械の長手軸線に対して）径方向内面または外面に取り付けられた環状熱交換器である。

【0004】

低温条件（例えば、０℃未満の温度）でタービンエンジンを始動すると、空気／オイル交換器１２（または該当する場合は複数の交換器）のオイルが凍結する可能性があり、オイルが交換器のマトリックス内を循環できないため、オイルと空気との間の熱交換が困難または不可能になる。その場合、事前に空気／オイル熱交換器のマトリックスを予熱する必要がある。

【0005】

この目的のために、空気／オイル熱交換器に、霜取りチャネルとして使用され、凍結したオイルを加熱するために空気／オイル熱交換器のマトリックスを囲むバイパスパイプを設けることが知られている。このバイパスパイプは、その上流端で熱交換器の入口と熱交換器の出口に接続されている。オイル回路はまた、バイパスパイプ内のオイルの流れを制御するためのバルブを含み、温度が所定の閾値を下回った場合にのみオイルが交換器のマトリックスを通って流れることを可能にする。

【0006】

しかしながら、バイパスパイプの油路断面積は、空気／オイル熱交換器の油路断面積よりも小さいため、熱交換器のマトリックスが凍結すると、オイル回路に過圧が発生する。過圧は、オイル回路に損傷を与えるリスクを引き起こす。

【0007】

この過圧を低減するために、バイパスラインの端部をバイパスラインの下流端に接続して、流体の一部をバイパスラインから迂回させ、それによって低温運転条件下でのバイパスライン内の流体圧力を低減することがすでに提案されている。この解決策は興味深いものであるが、熱交換器の構造的完全性を変更する必要があり、また実装が複雑なシール部品を追加する必要があるため、熱交換器上で機械加工して実装することは困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、より具体的には、この問題に対する単純で効率的かつ費用対効果の高い解決策を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、まず第一に、特にダブルフローターボ機械ケーシングの環状シェルの径方向内面または外面に取り付けられることを意図した環状熱交換器を製造するためのプロセスに関し、
ダイによって熱交換器プリフォームを押し出しによって得るステップであって、ダイは、プリフォームが、冷却される流体の循環のための第１のパイプと、押し出し方向に垂直な方向に第１のパイプのいずれかの側に配置された第２のパイプと、を備えるように成形されるステップと、
プリフォームに外側から穴を作成するステップであって、この穴はプリフォームの第２のパイプの１つに通じているステップと、
第２の所与のパイプの前記穴に、その通路断面を部分的に閉鎖するための部材を導入するステップと、を備える。

【0010】

本発明によれば、熱交換器は押し出しによって作られ、これにより、第１および第２のパイプを得ることが可能であり、第１のパイプは、冷却される流体、特にオイルの循環に役立ち、第２のパイプは、第１のパイプ内にある凍結流体の霜取り流体の循環に役立ち、これは、第１のパイプのいずれかの側の配置を説明している。特に、第２のパイプ内の過圧を回避するために、プリフォームが得られて部分的に閉じられた後に穴が開けられる、すなわち、遮断装置のいずれかの側に小さな流体通路が残される。

【0011】

また、プロセスは、
プリフォームの中央部分に、プリフォームの外側から、第１のパイプの一部のみにつながる第１の流体入口開口部を作成するステップと、
プリフォームの前記中央部分に、プリフォームの外側から、前記特定の第１のパイプに開口する第１の流体出口開口部を作成するステップと、
前記第１の入口開口部と前記第１の出口開口部との間の押し出し方向における前記特定の第１のパイプ内の流体の流れを遮断するステップと、を含むことができる。

【0012】

さらなる特性によれば、この方法は、プリフォームの中央部分に、プリフォームの外側から、第２の所与のパイプに開口する第２の流体入口開口部と、第２の所与のパイプに開口する第２の流体出口開口部を作成するステップを備えても良く、前記シーリング部材は、第２の入口開口部と第２の出口開口部との間の押し出し方向に沿って介在される。

【0013】

好ましくは、プロセスは、
プリフォームの端に流体結合部材を追加するステップを備え、それによって、
第１の入口開口部と第１の出口開口部との間の第１の回路内に流体の流れを形成し、
第２の入口開口部と第２の出口開口部との間の第２の回路内に流体の流れを形成する。

【0014】

これらの流体接続要素はいくつかの方法で得ることができ、ここでそれらの特定の実現を説明する必要はなく、機械加工は特に望ましい流体循環を達成するために使用できる技術の１つであることを当業者は理解している。

【0015】

また、第１の入口開口部は、プリフォームの厚さ内に凹部を形成し、続いて前記特定の第１のパイプに流体接続穴を作成することによって作成されることができる。

【0016】

さらに、第２の入口開口部は、前記凹部を形成し、続いて、前記第２の所与のパイプに流体接続穴を作成することによって作成されることができる。したがって、この構成では、プリフォームに形成された凹部は、第１の入口開口部および第２の入口開口部を形成する。

【0017】

このプロセスはまた、プリフォームの中央部分にシーリングプレートを追加するステップを含んでもよく、このプレートには、流体通路切欠きが設けられている。切欠きの縁部には、プリフォームに適用されて緊密なシールを形成する閉じた輪郭のジョイントがある。

【0018】

また、シーリングプレートは、第１および第２のパイプへの流体供給ならびに第１および第２のパイプからの流体出口のための流体接続ダクトを備えたプレートで覆われることができる。

【0019】

非限定的な例として与えられる以下の説明を読み、添付の図面を参照すると、本発明はよりよく理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点が現れるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】既知の技術によるターボ機械の概略斜視図である。

【図2】図１のターボ機械に取り付けられた環状熱交換器の一部の概略斜視図である。

【図3】本発明によるプロセスで作成される熱交換器の概略図であり、より具体的にはオイルの流れを示す。

【図4】本発明の方法による熱交換器の様々な部分の概略斜視図である。

【図5】第２の回路パイプのための部分的な遮断ピンの設置を示す、概略斜視図である。

【図6】図４の部品の組立体の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図３は、図２に示されるように、熱交換器１２において冷却される流体、特にオイルの循環の原理を概略的に示している。示されるように、交換器は、冷却されるオイルの循環のための第１のパイプ１１および１８で形成される第１の回路と、第１のパイプ１１および１８からの霜取りオイルの循環のための第２のパイプ２３および２４で形成される第２の回路とを含む。交換器１２は、ターボ機械の軸線の周りに延在する環状交換器である。図３は、Ｌ方向の交換器の長手方向の寸法およびＣ方向の交換器の周方向の寸法を示している。

【0022】

見られるように、第１のパイプ１１の一部は、２つの流体接続部材１４、１６の間に延在し、一方、他の第１のパイプ１８は、第１の部分１８ａおよび第２の部分１８ｂを備える。第１のパイプ１８の第１の部分１８ａは、それらの上流端で共通のオイル供給入口２０に接続され、それらの下流端で第１の流体接続部材１４に接続されている。第１のパイプ１１は、上流で第１の流体接続要素１４に接続され、下流で第２の流体接続要素１６に接続されている。第２の流体接続部材１６の出口は、下流端がオイル出口２２に接続されている第１のパイプ１８の第２の部分１８ｂに接続されている。

【0023】

この場合は２つの第２のパイプ２３、２４は、長手方向Ｌにおいて第１のパイプ１１、１８のいずれかの側に形成される。第２のパイプ２３のうちの１つは、第１の流体接続要素１４と第２の流体接続要素１６のとの間に延在する。他の第２のパイプ２４は、ここでは第１のパイプ１８の第１の部分１８ａに供給するものと同じオイル入口２０であるオイル入口に接続された第１の部分２４ａを含む。第２のパイプ２４の第１の部分２４ａの下流端は、入力として第２のパイプ２３に供給する第１の流体接続部材１４に接続され、第２のパイプ２３は、次に、出力として第２のパイプ２４の第２の部分２４ｂと連通する第２の流体接続部材１６にオイルを供給する。出口では、第２のパイプ２４のこの第２の部分２４ｂは、開閉バルブ２６に接続されており、これは、第２のパイプ２３、２４へのオイルの流れを許可または防止する。したがって、バルブ２６は、第１のパイプ１１、１８を取り囲むチャネル内のオイルの循環を可能にするか、または防止して、それらのパイプが低温動作条件下で凍結した場合にそれらを加熱する。この霜取りチャネルは、第２のパイプ２４の第１の部分２４ａ、第１の流体接続部材１４、第２のパイプ２３、第２の流体接続部材１６、第２のパイプ２４の第２の部分２４ｂによって形成される。

【0024】

また、図３には、第１のパイプ１８の第１の部分１８ａおよび第２の部分１８ｂを流体的に分離するように設計されたセパレータ２８と、第２のパイプ２４の部分的な遮断ピン３０があり、これらの部分の重要性は以下で十分に説明される。

【0025】

霜取りパイプ内の過圧を防ぐために、霜取りパイプの入口２０と出口２２との間にオイルバイパスが設けられている。したがって、ピン３０が流体通路セクションを部分的に遮断し、霜取りチャネルのバイパスチャネル３１を区切るので、オイルの一部は、第２のパイプ２３を通過することなく、第２のパイプ２４の第１の部分２４ａの上流端から第２のパイプ２４の第２の部分２４ｂの下流端に直接流れることができる。

【0026】

次に、図４と図５が説明される。上記の熱交換器１２を作成するために、本発明によるプロセスは、まず第一に、ダイに挿入する準備ができたブロックを提供し、押し出しによってプリフォームを作成することを提案し、プリフォーム３２は、
冷却される流体の循環のための第１のパイプ１１、１８（第１のパイプ１１および第１のパイプ１８のみが図４に点線で示されている）と、
第１のパイプ１１、１８のいずれかの側に、押し出し方向に垂直な方向に配置された第２のパイプ２３、２４と、を備えるように成形される。

【0027】

第１のパイプ１１、１８および第２のパイプ２３、２４は、互いに平行である。したがって、第１のパイプ１１、１８は、押し出し直後に得られたプリフォーム３２の一端から他端まで延在する。同じことが、第１のパイプ１１、１８を取り囲む第２のパイプ２３、２４にも当てはまる。ここに示される熱交換器１２の適用では、第１のパイプ１１、１８のいずれかの側に１つの第２のパイプ２３、２４のみが存在するが、それ以上も可能である。

【0028】

後のステップで、プリフォーム３２の外側から穴３４が開けられ、この穴３４は、第２の所与のパイプ２４に開口する。具体的には、この穴３４は、上記のように、第２のパイプ２４の第１の部分２４ａと第２のパイプ２４の第２の部分２４ｂとを分離する。霜取りパイプの公称動作を妨げることなく上記バイパスを実行するために、部材３０、ここではピンが穴３４に挿入されて、第２のパイプ２４の流れセクションを部分的に遮断する。

【0029】

プリフォームの準備のこの段階では、第２のパイプ２４は、プリフォームの周方向の端につながる第１および第２のパイプを有する。しかしながら、オイルの入口または出口はまだない。

【0030】

したがって、開口部３６は、プリフォーム３２に垂直な方向の中央部分に作られる。この開口部３６は、その底部４０に第１のパイプ１８の第１の部分１８ａに開口する穴４２が開けられた、凹部３８を備える。別の穴４４もまた、凹部３８の底部４０に開けられ、第２のパイプ２４の第１の部分２４ａの上流端と連通している。したがって、凹部３８および穴４２は、第１の回路の第１のオイル入口開口部３６ａを形成する。また、凹部３８および穴４４は、第２の回路の第２のオイル入口開口部３６ｂを形成する。

【0031】

オイル出口を可能にするために、第１のオイル出口開口部４６も作成され、出口開口部４６は凹部４８を備え、凹部４８はプリフォーム３２の厚さ内に形成され、その底部５０に第１のパイプ１８の第２の部分１８ｂのオイル出口穴５２が形成される。

【0032】

第１のパイプ１８の第１の部分１８ａと第２の部分１８ｂとの間をオイルが流れるのを防ぐために、セパレータ２８が、第１のオイル入口開口部３６ａと第１のオイル出口開口部４６との間に、押し出しに垂直な方向に挿入される。

【0033】

また、第２のオイル出口開口部５４が作成され、第２のパイプ２４の第２の部分２４ｂの下流端からオイルを排出することができる。

【0034】

このようにして作られたプリフォームは、第１の流体接続部材１４および第２の流体接続部材１６と組み合わされると、オイル冷却用の第１のオイル回路と第１のオイル回路の霜取り用の第２のオイル回路とを区切る熱交換器１２を形成することを可能にする。

【0035】

図４に示すように、シーリングプレート５６は、プリフォーム３２の中央部分と収集プレート５８との間に挿入される。シーリングプレート５６は、３つの切欠き、凹部３８の周囲を取り囲むように意図された第１の切欠き５６ａ、凹部４８の周囲を取り囲むように意図された第２の切欠き５６ｂ、および出口開口部５４の周囲を取り囲むように意図された第３の切欠き５６ｃを備える。シール５８は、第１の切欠き５６ａ、第２の切欠き５６ｂ、および第３の切欠き５６ｃの周囲に取り付けられ、プリフォーム３２上でシールする。収集プレート５８は、第１および第２の回路にオイルを供給するための凹部３８からのオイル供給パイプ５８ａと、凹部４８からのオイル出口パイプ５８ｂとを含む。収集プレート５８はまた、第２のオイル出口開口部５４からのオイル出口ダクト５８ｃを含む。

【0036】

図６は、図４および図５に示される部品の断面図を示している。この図では、第２の所与のパイプ２４の部分的なプラグピン３０が、収集プレート５８およびプリフォーム３２上にある平面６０によって並進でブロックされていることが分かる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】