JP2017122450A - 受動冷却を介したソークバック緩和のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンの内部で熱を転送する。
【解決手段】ガスタービンエンジンは、コアエンジン（１０２）と、コールドシンク（６０２、２０２、３１６、３０２、７０２）と、コアアンダーカウル空間（１３１）と、コアエンジンを少なくとも部分的に取り囲んでコアアンダーカウル空間の半径方向の外壁を画定しているコアカウル（１３０）と、を含む。ガスタービンエンジン冷却システムは、コアアンダーカウル空間の中に位置決めされたアンダーカウル構成要素（４０２）を含む。ガスタービンエンジン冷却システムは、また、第１の端部（４１６）と、第２の端部（４１８）と、それらの間に延びる導管（４２０）と、を含むヒートパイプ（４１４）を含む。第１の端部は、アンダーカウル構成要素に熱的に結合され、第２の端部は、コールドシンクに熱的に結合される。ヒートパイプは、アンダーカウル構成要素からコールドシンクへの或る量の熱の伝達する。
【選択図】図１

Description

本開示の分野は、一般にタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの内部で熱を転送するためにヒートパイプを使用するシステム及び方法に関する。

ガスタービンエンジンは、エンジンアーキテクチャの一部分としてアンダーカウル区画を典型的に含む。ガスタービンエンジンは、例えば、航空機の高速化をもたらすために改善されるので、コアアンダーカウルの温度は、実質的に上昇することが予想される。アンダーカウル構成要素は、電子装置や他の列線交換ユニット（ＬＲＵｓ）を含む。全自動デジタルエンジン（又は電子装置）制御（ＦＡＤＥＣｓ）を含めて公知のガスタービンエンジンにおけるそういった電子装置構成要素（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）は、ガスタービンエンジンの動作中とエンジンシャットダウン後のソークバック中の双方におけるコアアンダーカウルの温度を上昇させることに特に敏感であるといってよい。例えば、少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンにおける電子装置の保守点検は、エンジンにフライト後の少なくとも３分間グランドアイドル（ＧＩ）のままでいることを要求する。そういった公知のガスタービンエンジンでは、電子装置アンダーカウル構成要素を冷却するための戦略は、専用の能動冷却システムを含み、配管することと、構造材料を変更することと、電子装置の周りに熱放射シールドを配置すること及び構成要素を遠く離れた場所に移動させることによってエンジンのアーキテクチャを修正することと、を含んでいる。

アンダーカウル電子装置の能動冷却用の配管を備えて放射シールドを使用する公知のシステムは、ガスタービンエンジンの重量を増加させ、したがって、燃料消費率（ＳＦＣ）を上昇させる。そういった構成要素がエンジン内の離れた場所に配置される場合、接続するケーブルの長さの増加は、エンジン重量とＳＦＣを同じく増加させ、その上、整備作業も複雑化させる。更にまた、そういった公知のガスタービンエンジンでは、そういった問題が冷却の流れのないソークバック中に悪化して、そういった公知のガスタービンエンジンの動作後のその保守点検前において、長い時間待機しなければならない。アンダーカウル構成要素を冷却するための公知のシステム及び方法によっては、少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンの運転費も増加させる。

米国特許出願公開第２０１４／００８３１０６号公報

一態様では、ガスタービンエンジン冷却システムが提供される。ガスタービンエンジンは、コアエンジンと、コールドシンクと、コアアンダーカウル空間と、コアエンジンを少なくとも部分的に取り囲んでコアアンダーカウル空間の半径方向の外壁を画定しているコアカウルと、を含む。ガスタービンエンジン冷却システムは、コアアンダーカウル空間の中に位置決めされたアンダーカウル構成要素を含む。ガスタービンエンジン冷却システムは、第１の端部と、第２の端部と、それらの間に延びる導管と、を含むヒートパイプも含む。第１の端部は、アンダーカウル構成要素に熱的に結合され、第２の端部は、コールドシンクに熱的に結合される。ヒートパイプは、アンダーカウル構成要素からコールドシンクへの或る量の熱の伝達を容易にする。

他の態様では、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、コアエンジンと、コールドシンクと、コアアンダーカウル空間と、コアエンジンを少なくとも部分的に取り囲んでコアアンダーカウル空間の半径方向の外壁を画定しているコアカウルと、を含む。ガスタービンエンジンは、コアアンダーカウル空間の中に位置決めされたアンダーカウル構成要素も含む。ガスタービンエンジンは、冷却システムを更に含む。冷却システムは、第１の端部と、第２の端部と、それらの間に延びる導管と、を含むヒートパイプを含む。第１の端部は、アンダーカウル構成要素に熱的に結合され、第２の端部は、コールドシンクに熱的に結合される。ヒートパイプは、アンダーカウル構成要素からコールドシンクへの或る量の熱の伝達を容易にする。

更に他の態様では、ガスタービンエンジンを冷却する方法が提供される。ガスタービンエンジンは、コアエンジンと、コールドシンクと、コアアンダーカウル空間と、コアアンダーカウル空間の中に位置決めされたアンダーカウル構成要素と、コアエンジンを少なくとも部分的に取り囲んでコアアンダーカウル空間の半径方向の外壁を画定しているコアカウルと、を含む。ガスタービンエンジンは、コアアンダーカウル空間の中に位置決めされたアンダーカウル構成要素も含む。方法は、アンダーカウル構成要素とコールドシンクの間の熱抵抗を含む所定の熱伝達特性に従うことを容易にするために性能パラメータを有するヒートパイプを選択することを含む。方法は、ヒートパイプの第１の端部をアンダーカウル構成要素に熱的に結合することも含む。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ことを更に含む。方法は、アンダーカウル構成要素から第１の端部の中に熱を受け取ることも含む。方法は、ヒートパイプを通してコールドシンクに熱を伝達することを更に含む。

本開示のこれらや他の特徴、態様、及び利点については、図面全体に渡って同様の符号が同様の部品を表す添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されよう。

図１〜６は本明細書に記載した装置及び方法の例としての実施形態を示す。

例示的なガスタービンエンジンの概略図である。 図１に示したガスタービンエンジンで使用できる例示的な環状のファンケーシングの前方から後部への斜視図である。 図１に示したガスタービンエンジンで使用できる例示的なファンモジュールの前方から後部への斜視図である。 図１に示したガスタービンエンジンで使用できるアンダーカウル構成要素のための受動熱管理システムの例示的な実施形態の概略図である。 図１に示したガスタービンエンジンと共に使用できるアンダーカウル構成要素のための受動熱管理システムの代替的な実施形態の後方から前部への斜視図である。 図１に示したガスタービンエンジンと共に使用できるアンダーカウル構成要素のための受動熱管理システムの別の代替的な実施形態の概略図である。

様々な実施形態の特有の特徴が、図面によっては示され、他ではそうでないこともあるが、それは単に便宜のためである。任意の図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求することができる。

別段の表示がない限り、本明細書で提供する図面は、本開示の実施形態の特徴を示すことを意味している。これらの特徴は、本開示の１つ又は複数の実施形態を含む幅広い多様なシステムに適用可能であると考えられる。そういうことで、図面は、本明細書に開示した実施形態の実践に必要とされる当業者に公知の従来の特徴をすべて含むことを意味していない。

以下の明細書及び特許請求の範囲では、幾つかの用語に言及しており、それらは定義されて次のような意味を有することになっている。

単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別に規定することが明らかな場合を除いて、複数の参照先を含む。

「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、その後に説明する事象若しくは状況が起き得るか又は起き得ないこと、更に、その記載がその事象の起きる場合と起きない場合とを含むこと、を意味する。

近似させる用語は、本明細書及び特許請求の範囲の全体に渡ってここで使用される場合、許される変更が可能な任意の数量表示を修正するために適用することができ、それが関連する基本機能の変更を招かない。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、及び、「実質上（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの１つ又は複数の用語によって修飾される数値は、その指示した数値に厳格に限定されるべきではない。少なくともいくつかの場合では、近似させる言語は、その値を測定するための機器の精度に対応することがある。ここで本明細書及び特許請求の範囲の全体に渡って、範囲の限定は、組合せ及び／又は交換を行うことができ、また、そういった範囲は、文脈上や言語上別に規定することが明らかな場合を除き、同一視されると共にその中に含まれる部分範囲のすべてを含む。

以下の詳細な説明は、本開示の実施形態を、限定としてではなく、例として示している。考えられることは、本開示が、ガスタービンエンジンの内部で熱を移動させるためのヒートパイプを使用するための方法及びシステムについて一般的な用途を有するということである。

本明細書に記載した受動冷却システム及び方法を介したソークバック緩和の実施形態は、ガスタービンエンジンの動作中とソークバック中の双方において、全自動デジタルエンジン（又は電子装置）制御（ＦＡＤＥＣｓ）及び燃料作動バルブなどの温度に敏感な電子装置を含めてコアアンダーカウル構成要素の温度を効果的に低下させる。また、本明細書に記載した受動冷却システム及び方法を介したソークバック緩和は、ガスタービンエンジンについての整備作業が実行され得る前の飛行後の地上アイドル（ＧＩ）時間を短縮することを可能にする。更に、本明細書に記載した受動冷却システム及び方法を介したソークバック緩和は、専用の能動冷却システム及び方法と放射シールドを、ヒートパイプを含む低重量の受動冷却システム及び方法で、置き換えることによって、ガスタービンエンジンの燃料消費率（ＳＦＣ）を減少させる。更にまた、 本明細書に記載した受動冷却システム及び方法を介したソークバック緩和は、アンダーカウル構成要素の構築材料を変える必要性とアンダーカウル構成要素を遠く離れた保守点検のより困難な場所に移動させるためにエンジンアーキテクチャを変える必要性とをなくすことによって、アンダーカウル構成要素についての整備作業を簡略化させると共にガスタービンエンジンの運転費を減少させる。

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、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上で軸方向の直列の流れの関係にある、高圧圧縮機（ＨＰＣ）１０４、燃焼器組立体１０６、及び高圧タービン（ＨＰＴ）１０８、を含むガス発生器すなわちコアエンジン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、環状ハウジング１１４の内側に位置する。ガスタービンエンジン１００はまた、動力エンジンロータ１２０上で軸方向の流れの関係で配置された、低圧圧縮機すなわちファン１１６と低圧タービン（ＬＰＴ）１１８とを含む。

例示的なガスタービンエンジン１００の動作中に、空気は、中心軸１２２に沿って流れ、圧縮空気は、ＨＰＣ１０４に供給される。高く圧縮された空気は、燃焼器組立体１０６に送達される。排気ガスは、燃焼器組立体１０６から流れて（図１に図示せず）、ＨＰＴ１０８とＬＰＴ１１８を駆動する。動力エンジンシャフト１２４は、動力エンジンロータ１２０とファン１１６を駆動する。ガスタービンエンジン１００はまた、ファンすなわち低圧圧縮機格納ケース１２６を含む。また、例示的なガスタービンエンジン１００では、ガスタービンエンジン１００の前方端部に位置する最初の空気入口１２８は、その周囲の境界を画定しているコアカウル１３０を含む。コアカウル１３０は、コアエンジン１０２を少なくとも部分的に取り囲んでいる。また、コアカウル１３０は、コアアンダーカウル空間１３１の半径方向の外壁を画定している。コアアンダーカウル空間１３１の内部には、環状のハウジング１１４と、上述した環状ハウジング１１４内部のガスタービンエンジン１００の構成要素とがある。ガスタービンエンジン１００の全体に渡って、図示しない様々なタイプのバルブが存在し、燃料、吸入空気、及び排気ガスを限定でなく含めて様々な液体及びガスの流れを制御している。ガスタービンエンジン１００の中の少なくとも幾つかのバルブは、流体とガスの間の温度勾配を確立しており、それによって、バルブの一方側の流体とガスは、バルブの他方側よりも温度が高いか又は低いかである。更に、ガスタービンエンジン１００は、排気出口１３２を含む後部端部を含む。

図２は、図１に示したガスタービンエンジン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部への斜視図である。コアカウル１３０は、環状ファンケーシング２０２の前方に配設される。コアカウル１３０は、略「Ｕ」形状の断面を有し、その湾曲部が、入口唇部２０４と、略軸方向に入口唇部２０４の後部に延びる内壁２０６と、略軸方向に入口唇部２０４の後部に延びる外壁２０８と、を画定している。環状ファンケーシング２０２は、ファン１１６（図２に図示せず）を収容して支持するように構成される。内壁２０６は、環状ファンケーシング２０２に空気が入るための流路を形成し、外壁２０８は、外側の空気の流れに露出される。

図３は、図１に示したガスタービンエンジン１００で使用できる例示的なファンモジュール３００の前方から後部への斜視図である。ファンモジュール３００は、環状ファンケーシング２０２に結合され且つその内部に配設された複数の出口案内ベーン（ＯＧＶｓ）３０２を含む。複数のＯＧＶｓ３０２の各ＯＧＶは、基部３０４、先端３０６、前縁３０８、後縁３１０、及び対向側３１２、３１４を含む。ＯＧＶｓ３０２は、エーロフォイル形状であり、図示しない上流のファンから出て行く空気の流れから、接線方向のスワール構成要素を取り除くために、位置決め及び配向される。

動作において、例示的なファンモジュール３００では、ＯＧＶｓ３０２は、環状ファンケーシング２０２を環状内側ハウジング３１６に接続する構造部材（「ファンストラット」と時々呼ぶ）として機能する。図示しない代替的な実施形態では、これらのサポート機能は、他の又は追加の構成要素が役目を果たすことがある。ＯＧＶｓ３０２は、予想される動作負荷に耐えるための十分な強度を有し、所望の形状に形成することのできる任意の材料から構築される。ＯＧＶｓ３０２のために熱伝導性材料を使用することにより、図示しないガスタービンエンジン１００における熱伝達が向上する。

図４は、図１に示したガスタービンエンジン１００で使用できるアンダーカウル構成要素４０２のための受動熱管理システム４００の例示的な実施形態の概略図である。例示的な実施形態では、受動熱管理システム４００は、ＦＡＤＥＣ及び電子装置構成要素を限定でなく含めて少なくとも１つのアンダーカウル構成要素４０２を含む。アンダーカウル構成要素４０２は、単なる一例として、ＦＡＤＥＣシャーシ４０４を含み、その内部には又はその上には、少なくとも１つの回路基板４０６を限定でなく含めて少なくとも１つの電子装置構成要素が存在する。また、例示的な実施形態では、回路基板４０６よりも熱伝導性のある材料から構築されたヒートシンクを限定でなく含めて少なくとも１つの熱源４０８は、回路基板４０６に対してその間の熱伝達を容易にするために熱的に結合される。更に、例示的な実施形態では、熱源４０８は、ＦＡＤＥＣシャーシ４０４の内部の複数の回路基板４０６のうちの少なくとも１つの最も熱に敏感な回路基板４０６に熱的に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、熱源４０８は、ＦＡＤＥＣシャーシ４０４の内部の複数の回路基板４０６の全回路基板４０６に熱的に結合される。更にまた、例示的な実施形態では、熱源４０８は、それに熱的に結合された蒸発器４１０を含む。その上、例示的な実施形態では、受動熱管理システム４００は、凝縮器４１２を含む。

また、例示的な実施形態では、受動熱管理システム４００は、少なくとも１つのヒートパイプ４１４を含む。ヒートパイプ４１４は、蒸発器４１０と凝縮器４１２に対して且つそれらの間に熱的に結合される。更に、例示的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、第１の端部４１６、第２の端部４１８、及びそれらの間に延びる導管４２０を含む。各ヒートパイプ４１４の大部分は、図示しない適切な熱絶縁材で包まれる。各第２の端部４１８の少なくとも一部分は、絶縁されない。第１の端部４１６は、蒸発器４１０の上又は内部に配設される。第２の端部４１８は、凝縮器４１２の上又は内部に配設される。図示しない他の代替的な実施形態では、蒸発器４１０と凝縮器４１２は、別個の構成要素ではなく、むしろ第１の端部４１６と第２の端部４１８のそれぞれの部分として一体的に形成される。図示しない更に他の実施形態では、蒸発器４１０及び／又は凝縮器４１２は、存在せず、ヒートパイプ４１４は、図４に図示しない熱源４０８とコールドシンクに対して且つそれらの間に熱的に結合され、それらは、熱源４０８よりも温度が低いガスタービンエンジン１００の外側の場所を限定でなく含めてガスタービンエンジン１００の少なくとも１つの部分上に位置する。

動作において、例示的な実施形態では、第１の端部４１６と第２の端部４１８は、蒸発器４１０と凝縮器４１２のそれぞれの内部又は上に、それらの間の良好な熱伝導性を達成するように、装着される。また、例示的な実施形態の動作において、熱源４０８は、ガスタービンエンジン１００から更に遠く離れて位置するか又は熱源４０８よりも温度が低い領域の中に位置する凝縮器が原因であることを限定でなく含めて凝縮器４１２よりも高い温度にある。それらの条件の下で、熱源４０８からの熱は、ヒートパイプ４１４の第１の端部４１６から第２の端部４１８に伝達される。

また、例示的な実施形態の動作において、各ヒートパイプ５０８は、一緒にキャビティを画定する閉じた端部を備えた細長い外壁を有する。キャビティは、図４に図示していない毛細管構造又はウィックが並んでおり、作動流体を保持している。ヒートパイプ４１４で使用するために、ガス、水、有機物質、及び低融点金属などの様々な作動流体が知られている。更に、例示的な実施形態の動作において、ヒートパイプ４１４は、熱を伝達するのに高効率である。例えば、それらの効果的な熱伝導性は、固体銅のそれよりも桁違いに高い。ヒートパイプ４１４の数、長さ、直径、形状、作動流体、及び他の性能パラメータは、エンジンの動作中並びにソークバック中の熱伝達の所望の程度に基づいて選択される。更にまた、例示的な実施形態の動作において、それらの形状、長さ、直径、及び厚さを限定でなく含めて、ヒートパイプ４１４、蒸発器４１０、及び凝縮器４１２の特性は、それらの個別の配向及び配置をガスタービンエンジン１００の内部に適応させるために変えることができる。そういうことで、ヒートパイプ４１４用の個別の設計は、ガスタービンエンジン１００の内部の特定の用途にもよるが、適切な凝縮液の戻りを確実化するためにより強力な毛細管現象を必要とすることがある。

更に、例示的な実施形態の動作において、熱源４０８からの熱は、蒸発器４１０の中に還流して、そこではヒートパイプ４１４の第１の端部４１６を加熱する。ヒートパイプ４１４の内部の作動流体は、その熱を吸収して蒸発する。このようにして発生した蒸気は、次にキャビティを通ってヒートパイプ４１４の内側に進んで、第２の端部４１８で凝縮し、それによって、熱源４０８から凝縮器４１２に近位のガスタービンエンジン１００の低温領域に熱が伝達される。凝縮した作動流体は、次に、毛細管現象によることを限定でなく含めて、第２の端部４１８から、熱源４０８を限定でなく含めてガスタービンエンジン１００の高温領域の元の第１の端部４１６に運ばれ、それによって循環路が完成する。更にまた、例示的な実施形態の動作において、結果として生じる熱源４０８から凝縮器４１２への熱伝達は、受動熱管理システム４００が、加熱速度にもよるが、凝縮器４１２に近位のガスタービンエンジン１００の領域における氷形成（すなわち、アンチアイシング（ａｎｔｉ−ｉｃｉｎｇ））及び／又は氷除去についての効果的な予防を提供するのを容易にする。その上、例示的な実施形態の動作において、受動熱管理システム４００は、受動であり、したがって、バルブを必要とせずに、シールされる。ヒートパイプ４１４の数、寸法、及び場所は、必要に応じて、熱除去と熱伝達を提供するために選択することができる。

更にまた、例示的な実施形態の動作において、選んだ的確な構成にもよるが、システム性能は、アンチアイシング又はデアイシング（ｄｅ−ｉｃｉｎｇ）のためだけに使用することができる。ガスタービンエンジン冷却システムは、エンジンの１つの部分では望まれていない熱を利用し、その熱をエンジンの別の部分で必要とされる場所で使用して、公知の冷却システムと関連する損失と、別個のアンチアイシング熱源の必要性の双方を回避する。

図５は、図１に示したガスタービンエンジン１００と共に使用できるアンダーカウル構成要素４０２のための受動熱管理システム５００の代替的な実施形態の後方から前部への斜視図である。代替的な実施形態では、受動熱管理システム５００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つのアンダーカウル構成要素４０２を含む。また、代替的な実施形態では、アンダーカウル構成要素４０２は、エキサイタボックス又はＦＡＤＥＣを限定でなく含めて電子装置構成要素であり、その内部には、図示及び図４を参照して上述したように、蒸発器４１０に熱的に結合された少なくとも１つの熱源４０８がある。更に、代替的な実施形態では、受動熱管理システム５００は、スラストリンクサポート７０２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５０６を含む。環状内側ハウジング３１６は、それの後部に面している部分でスラストリンクサポート７０２に結合され、それに対して外周キャップを形成している。凝縮器４１２は、スラストリンクサポート７０２の少なくとも１つの後部に面している部分に熱的に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、凝縮器４１２は、単独で、又は、その少なくとも１つの後部に面している部分と共に、スラストリンクサポート７０２の図示しない少なくとも１つの前方部分に熱的に結合される。

また、代替的な実施形態では、受動熱管理システム５００は、少なくとも１つのヒートパイプ４１４を含む。ヒートパイプ４１４は、図示及び図４を参照して上述したように、蒸発器４１０と凝縮器４１２に対して且つそれらの間に熱的に結合される。蒸発器４１０は、アンダーカウル構成要素４０２の内部の熱源４０８に熱的に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、蒸発器４１０に熱的に結合され、同じく、熱源４０８に熱的に結合される。更に、代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、更にスラストリンクサポート７０２に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、スラストリンクサポート７０２に結合されず、むしろ、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合され、或いは、代替的に、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合されない。

更に、代替的な実施形態では、受動熱管理システム５００は、環状ファンケーシング２０２の内部に配設された少なくとも１つのＯＧＶ３０２の対向側３１２及び３１４の少なくとも一方に熱的に結合された少なくとも１つの凝縮器４１２を含む。ヒートパイプ４１４（図５に点線で描いた）は、図示及び図４を参照して上述したように、蒸発器４１０と凝縮器４１２に対して且つそれらの間に熱的に結合される。更にまた、代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、更に環状内側ハウジング３１６に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、環状内側ハウジング３１６に結合されず、むしろ、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合され、或いは、代替的に、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合されない。

更にまた、代替的な実施形態では、受動熱管理システム５００は、その半径方向外方の面上であることを限定でなく含めて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４１２を含む。図示しない他の代替的な実施形態では、少なくとも１つの凝縮器４１２は、単独で、又は、その少なくとも１つの半径方向内方の面と共に、図示しない環状内側ハウジング３１６の半径方向内方の面のうちの少なくとも１つの部分に熱的に結合される。ヒートパイプ４１４は、図示及び図４を参照して上述したように、蒸発器４１０と凝縮器４１２に対して且つそれらの間に熱的に結合される。その上、代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、更に環状内側ハウジング３１６に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、環状内側ハウジング３１６に結合されず、むしろ、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合され、或いは、代替的に、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合されない。

その上、代替的な実施形態では、受動熱管理システム５００は、その半径方向内方の面上であることを限定でなく含めて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た少なくとも１つの凝縮器４１２を含む。ヒートパイプ４１４は、図示及び図４を参照して上述したように、蒸発器４１０と凝縮器４１２に対して且つそれらの間に熱的に結合される。また、代替的な実施形態では、少なくとも１つのヒートパイプ４１４は、環状内側ハウジング３１６、ＯＧＶ３０２、スラストリンクサポート７０２、環状ファンケーシング２０２、及びそれらの組合せに熱的に結合された凝縮器４１２と、少なくとも１つのアンダーカウル構成要素４０２上の少なくとも１つの熱源４０８に結合された少なくとも１つの蒸発器４１０と、に対して且つそれらの間に熱的に結合される。

動作において、代替的な実施形態では、アンダーカウル構成要素４０２は、ソークバック中を含めてガスタービンエンジン１００の典型的な動作条件の間、スラストリンクサポート７０２、ＯＧＶ３０２、環状ファンケーシング２０２、及び環状内側ハウジング３１６よりも高い温度にあるのが典型である。そういうことで、スラストリンクサポート７０２、ＯＧＶ３０２、及び環状内側ハウジング３１６は、凝縮器４１２が熱的に結合されるコールドシンクである。図４を参照して上述したように、熱源４０８は、熱を蒸発器４１０に伝達する。蒸発器４１０は、ヒートパイプ４１４の第１の端部４１６を加熱する。熱は、ヒートパイプ４１４を通って、スラストリンクサポート７０２、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４１２に近位の冷却器第２の端部４１８に伝達され、したがって、アンダーカウル構成要素４０２が受動的に冷却される。

図６は、図１に示したガスタービンエンジン１００と共に使用できるアンダーカウル構成要素４０２のための受動熱管理システム６００の別の代替的な実施形態の概略図である。代替的な実施形態では、受動熱管理システム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つのアンダーカウル構成要素４０２を含む。また、代替的な実施形態では、アンダーカウル構成要素４０２は、ＦＡＤＥＣを限定でなく含めて電子装置構成要素であり、その内部には、少なくとも１つの蒸発器４１０に熱的に結合された少なくとも１つの熱源４０８がある。更に、代替的な実施形態では、受動熱管理システム６００は、少なくとも１つのバルブ本体６０２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４１２を含む。バルブ本体６０２は、図１を参照して上述したように、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る。少なくとも１つの凝縮器４１２は、バルブ本体６０２に熱的に結合される。

また、代替的な実施形態では、受動熱管理システム６００は、少なくとも１つのヒートパイプ４１４を含む。ヒートパイプ４１４は、図示及び図４を参照して上述したように、蒸発器４１０と凝縮器４１２に対して且つそれらの間に熱的に結合される。蒸発器４１０は、アンダーカウル構成要素４０２の内部の熱源４０８に熱的に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、蒸発器４１０に熱的に結合され、同じく、熱源４０８に結合される。更に、代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、更にバルブ本体６０２に結合される。図示しない他の代替的な実施形態では、ヒートパイプ４１４は、バルブ本体６０２に結合されず、むしろ、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合され、或いは、代替的に、ガスタービンエンジン１００の他の部分に結合されない。図示しない更に他の代替的な実施形態では、バルブ本体６０２は、熱源４０８であり、少なくとも１つの蒸発器４１０は、それに結合される。バルブ本体６０２がアンダーカウル構成要素４０２且つ熱源４０８である場合、すなわち、バルブ本体６０２が、ガスタービンエンジン１００の内部の又はその近位の燃料作動式及び／又は燃料冷却式のバルブの一部である場合、受動熱管理システム６００により、図示及び図４を参照して上述したように、燃料冷却システムがヒートパイプ４１４で交換可能にすることが可能となる。

動作において、代替的な実施形態では、アンダーカウル構成要素４０２は、ソークバック中を含めてガスタービンエンジン１００の典型的な動作条件の間、バルブ本体６０２よりも高い温度にあるのが典型である。また、代替的な実施形態の動作において、アンダーカウル構成要素４０２とバルブ本体６０２の間の温度差は、バルブ本体６０２が、ガスタービンエンジン１００の内部からの液体及びガスに比べて、ガスタービンエンジン１００の外部からの燃料及び空気を限定でなく含めて多量の冷却液体及びガスを含有するときに、最大となる。そういうことで、バルブ本体６０２は、凝縮器４１２が熱的に結合されるコールドシンクである。図４を参照して上述したように、熱源４０８は、熱を蒸発器４１０に伝達する。蒸発器４１０は、ヒートパイプ４１４の第１の端部４１６を加熱する。熱は、ヒートパイプ４１４を通って、バルブ本体６０２に熱的に結合された凝縮器４１２に近位の冷却器第２の端部４１８に伝達され、したがって、アンダーカウル構成要素４０２が受動的に冷却される。

受動冷却システム及び方法を介したソークバック緩和の上記実施形態は、ガスタービンエンジンの動作中とソークバック中の双方において、ＦＡＤＥＣｓ、エキサイタボックス、燃料作動バルブ、及びバルブ本体などの温度に敏感な電子装置を含めてコアアンダーカウル構成要素の温度を効果的に低下させる。また、受動冷却システム及び方法を介した上記ソークバック緩和は、ガスタービンエンジンについての整備作業が実行される前の飛行後ＧＩ時間を短縮することを可能にする。更に、受動冷却システム及び方法を介した上記ソークバック緩和は、専用の能動冷却システム及び方法と放射シールドを、ヒートパイプを含む低重量の受動冷却システム及び方法で、置き換えることによって、ガスタービンエンジンのＳＦＣを減少させる。更にまた、受動冷却システム及び方法を介した上記ソークバック緩和は、アンダーカウル構成要素４０２の構築材料を変える必要性と、アンダーカウル構成要素４０２を遠く離れた保守点検のより困難な場所に移動させるためにエンジンアーキテクチャを変える必要性と、をなくすことによって、アンダーカウル構成要素４０２についての整備作業を簡略化させると共にガスタービンエンジンの運転費を減少させる。

受動冷却システム及び方法を介したソークバック緩和のシステム及び装置の例については、詳細に上述している。説明した装置は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されず、むしろ、個々の構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立して別々に利用することができる。各システム構成要素は、他のシステム構成要素と組み合わせて使用することもできる。

ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて本開示を説明していると共に、任意のデバイスやシステムを作製及び使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が本開示を実践できるようにもしている。特許性を有する本開示の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異ならない構造要素を有する場合に、或いは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。

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
１１４ 環状ハウジング
１１６ ファン
１１８ 低圧タービン（ＬＰＴ）
１２０ 動力エンジンロータ
１２２ 中心軸
１２４ 動力エンジンシャフト
１２６ 低圧圧縮機（ＬＰＣ）格納ケース
１２８ 空気入口
１３０ コアカウル
１３１ コアアンダーカウル空間
１３２ 排気出口
２０２ 環状ファンケーシング
２０４ 入口唇部
２０６ 内壁
２０８ 外壁
３００ ファンモジュール
３０２ 外側案内ベーン（ＯＧＶ）
３０４ 基部
３０６ 先端
３０８ 前縁
３１０ 後縁
３１２ 対向側
３１４ 対向側
３１６ 環状内側ハウジング
４００ 受動熱管理システム
４０２ アンダーカウル構成要素
４０４ 全自動デジタルエンジン（又は電子装置）制御（ＦＡＤＥＣ）シャーシ
４０６ 回路基板
４０８ 熱源
４１０ 蒸発器
４１２ 凝縮器
４１４ ヒートパイプ
４１６ 第１の端部
４１８ 第２の端部
４２０ 導管
５００ 受動熱管理システム
５０２ スラストリンクサポート
６００ 受動熱管理システム
６０２ バルブ本体

Claims (15)

1. コアエンジン（１０２）と、コールドシンク（６０２、２０２、３１６、３０２、７０２）と、コアアンダーカウル空間（１３１）と、前記コアエンジンを少なくとも部分的に取り囲んで前記コアアンダーカウル空間の半径方向の外壁を画定しているコアカウル（１３０）と、を含むガスタービンエンジン（１００）のためのガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）であって、
   前記コアアンダーカウル空間の中に位置決めされたアンダーカウル構成要素（４０２）と、
   第１の端部（４１６）と、第２の端部（４１８）と、それらの間に延びる導管（４２０）と、を含むヒートパイプ（４１４）と、
   を含み、
   前記第２の端部が前記コールドシンクに熱的に結合され、前記第１の端部が前記アンダーカウル構成要素に熱的に結合され、前記ヒートパイプが前記アンダーカウル構成要素から前記コールドシンクへの或る量の熱の伝達を容易にする、ガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
2. 前記アンダーカウル構成要素（４０２）は、電子装置構成要素を含む、請求項１記載のガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
3. 前記電子装置構成要素（４０２）は、全自動デジタルエンジン（又は電子装置）制御（ＦＡＤＥＣ）を含む、請求項２記載のガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
4. 前記アンダーカウル構成要素（４０２）は、非電子装置構成要素を含む、請求項１記載のガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
5. 前記第２の端部（４１８）と前記コールドシンク（６０２、２０２、３１６、３０２、７０２）に対して且つそれらの間に熱的に結合された少なくとも１つの凝縮器（４１２）を更に含む、請求項１記載のガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
6. 前記第１の端部（４１６）と前記アンダーカウル構成要素（４０２）に対して且つそれらの間に熱的に結合された少なくとも１つの蒸発器（４１０）を更に含む、請求項１記載のガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
7. 前記コールドシンク（６０２、２０２、３１６、３０２、７０２）は、バルブ本体（６０２）と、環状ファンケーシング（２０２）と、環状内側ハウジング（３１６）と、外側案内ベーン（３０２）と、スラストリンクサポート（７０２）と、を含む、請求項１記載のガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
8. 前記電子装置構成要素は、回路基板（４０６）と、ヒートシンク（４０８）と、シャーシ（４０４）と、を含み、前記回路基板が、前記シャーシの内部に配設され、前記ヒートシンクが、前記回路基板に熱的に結合され、前記第１の端部（４１６）が、前記ヒートシンクに熱的に結合され、前記ヒートパイプ（４１４）が、前記シャーシを通って延び、
   前記ヒートシンクは、前記回路基板から前記第１の端部への前記或る量の熱の伝達を容易にし、
   前記ヒートパイプは、前記第１の端部から前記コールドシンクへの前記或る量の熱の更なる伝達を容易にする、請求項２記載のガスタービンエンジン冷却システム（４００、５００、６００）。
9. コアエンジン（１０２）と、
   コールドシンク（６０２、２０２、３１６、３０２、７０２）と、
   コアアンダーカウル空間（１３１）と、
   前記コアエンジンを少なくとも部分的に取り囲んで前記コアアンダーカウル空間の半径方向の外壁を画定しているコアカウル（１３０）と、
   前記コアアンダーカウル空間の中に位置決めされたアンダーカウル構成要素（４０２）と、
   第１の端部（４１６）と、第２の端部（４１８）と、それらの間に延びる導管（４２０）と、を含むヒートパイプ（４１４）と、を含む冷却システム（４００、５００、６００）であって、前記第２の端部が前記コールドシンクに熱的に結合され、前記第１の端部が前記アンダーカウル構成要素に熱的に結合され、前記ヒートパイプが前記アンダーカウル構成要素から前記コールドシンクへの或る量の熱の伝達を容易にする、冷却システム（４００、５００、６００）と、
   を含むガスタービンエンジン（１００）。
10. 前記アンダーカウル構成要素（４０２）は、電子装置構成要素を含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
11. 前記アンダーカウル構成要素（４０２）は、非電子装置構成要素を含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
12. 前記第２の端部（４１８）と前記コールドシンク（６０２、２０２、３１６、３０２、７０２）に対して且つそれらの間に熱的に結合された少なくとも１つの凝縮器（４１２）を更に含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
13. 前記第１の端部（４１６）と前記アンダーカウル構成要素（４０２）に対して且つそれらの間に熱的に結合された少なくとも１つの蒸発器（４１０）を更に含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
14. 前記コールドシンク（６０２、２０２、３１６、３０２、７０２）は、バルブ本体（６０２）と、環状ファンケーシング（２０２）と、環状内側ハウジング（３１６）と、外側案内ベーン（３０２）と、スラストリンクサポート（７０２）と、を含む、請求項９記載のガスタービンエンジン（１００）。
15. 前記電子装置構成要素は、回路基板（４０６）と、ヒートシンク（４０８）と、シャーシ（４０４）と、を含み、前記回路基板が、前記シャーシの内部に配設され、前記ヒートシンクが、前記回路基板に熱的に結合され、前記第１の端部（４１６）が、前記ヒートシンクに熱的に結合され、前記ヒートパイプ（４１４）が、前記シャーシを通って延び、
    前記ヒートシンクは、前記回路基板から前記第１の端部への前記或る量の熱の伝達を容易にし、
    前記ヒートパイプは、前記第１の端部から前記コールドシンクへの前記或る量の熱の更なる伝達を容易にする、請求項１０記載のガスタービンエンジン（１００）。