JP2013068408A - 統合型圧力補償用熱交換器および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気推進エンジンは、巻線から熱を吸収することによって熱くなる油などの流体によって冷却され、熱い油それ自体が、熱交換器内で別の流体によって冷却される。油の温度が上昇するにつれて油が膨張することであり、圧力補償器が油の体積増加を補償するために必要となる。
【解決手段】統合型圧力補償用熱交換器は、内部流体６を注入するように構成された注入部３６と、注入部３６に接続され、注入部３６から内部流体６を受け入れるように構成され、内部流体６と外部流体４との間で熱を伝達するように構成され、長さを圧縮することによって圧力を補償するように構成された第１の伝導性ベローズ３８ａと、第１の伝導性ベローズ３８ａから内部流体６を受け入れ、内部流体６を排出するように構成された排出部４０とを含む。
【選択図】図４ａ

Description

本明細書において開示する主題の実施形態は、全体として方法および装置に関し、より詳細には、圧縮機に接続した電気推進エンジンにおける統合型圧力補償用熱交換器およびこれを使用するための方法に関する。

過去数年にわたり、様々な産業において大きな電気推進エンジンの重要性が増大している。例えば、大きな電気推進エンジンは、発電、低温用途、石油精製およびガス精製、石油化学、等において使用されるターボ機械を駆動するために使用される。具体的には、大きな電気推進エンジンを、圧縮機に接続することができる。

これらの電気推進エンジンは、巻線の電気抵抗のために内部に大量の熱を生成する。典型的には、これらの電気推進エンジンは、巻線から熱を吸収することによって熱くなる油などの流体によって冷却される（且つやはり電気的に絶縁される）。その後、熱い油それ自体が、熱交換器内で（大気などの）別の流体によって冷却される。

第１の問題点は、油の温度が上昇するにつれて油が膨張することであり、圧力補償器が油の体積増加を補償するために必要である。油は、どちらかといえば非圧縮性流体であり、（密閉された電気モータの内側の空洞などの）一定の体積内での温度の上昇が、圧力のとてつもない増加を引き起こし、これが密閉容器を破裂させることがある、または電気モータを破滅的なほどに爆発させることさえある。それゆえ、圧力補償器が、熱交換器に加えて絶対不可欠である。圧力補償器は、安全な圧力を維持するために、油の体積の変化を補償するベローズまたはピストンを使用することができる。したがって、電気推進エンジンは、熱交換器を必要とし、圧力補償器もやはり必要とする。

第２の問題点は、熱交換器および圧力補償器が、従来は別個の独立した装置（言い換えると、これらの装置は統合されていない）であることである。別個の装置は、より多くの部品を必要とし、より多くの部品は、コストを増加させ、信頼性を低下させる。

第３の問題点は、圧力補償器が、従来は電気モータの外部に設置されることである。この外部設置は、圧力補償器へおよびこれから油を送るために、電気モータに少なくとも１つの追加の開口部または流路を必要とする。さらに、この外部設置は、圧力補償器用の何らかの外部搭載機構を必要とし、外部の物理的事象からの機械的な損傷のリスクに圧力補償器を曝し、圧力補償器を（塩水による腐食などの）外からの化学的な腐食に曝す。また、外部設置は、圧力補償器を外部の温度変動に曝す。

従来型の設計によって引き起こされるさらなる問題点は、大きな熱交換器を必要とすること、非常に正確な温度制御および圧力制御を必要とすること、統合されていないために多くの追加部品を必要とすること、室温変動に対して過敏であること、複雑なプラント結合を必要とすること、および標準化できないこと、を含む。

図１は、非伝導性ベローズ１６を含む従来型の熱交換器アセンブリ２である。具体的には、外部流体４は、管１０の全面を通り、管１０の壁を介して内部流体６と熱を交換する。内部流体６は、注入部エルボ８に入り、注入部非伝導性ベローズ１６を通過し、一連の管１０およびＵ字形アダプタ３９を通過し、排出部非伝導性ベローズ１６を通過して、最終的に排出部エルボ１４を通って出る。「非伝導性ベローズ」という用語は、非伝導性ベローズが外部流体の流路中に設置されず、それゆえ、外部流体と内部流体との間で熱を伝導するようには構成されていないことを表す。

加えて、ばね機構１８は、Ｕ字形アダプタ３９に抗してばね圧を維持するばね２０を含む。このばね圧は、Ｕ字形アダプタ３９と管１０との間の密閉を維持し、これによって膨張継手として作用させるために、管１０に抗してＵ字形アダプタ３９を押し込んだ状態に保つ。図１では、非伝導性ベローズ１６を、管１０の水平方向の熱膨張に応じてＵ字形アダプタ３９の物理的な動きを調節するために主として使用する。

（上記の）図１を、Ｈｏｆｆｍｕｌｌｅｒ（米国特許第４，３２８，６８０号、その全体の内容が、参照により本明細書中に取り込まれている）の最初の図から得ている。Ｈｏｆｆｍｕｌｌｅｒが熱交換器管の軸方向（長手方向）の熱膨張を緩和することに関する要約中で「膨張圧力装置」という用語を使用しており、温度上昇に起因する熱伝達流体の体積増加によって生じる流体圧力を補償することを扱っていないことに、留意されたい。

Ｎｅａｒｙ他（米国特許第３，５２７，２９１号、その全体の内容が、参照により本明細書中に取り込まれている）は、Ｎｅａｒｙの図３において、ヒータ管１８とヘッダパイプ１２との間に直接的に設置された（これらの間を内部流体が通る）非伝導性ベローズ２３を含む膨張継手２２を開示している。Ｎｅａｒｙの非伝導性ベローズ２３の明示的な目的は、Ｎｅａｒｙのカラム１、２４〜４５行に述べられているように、「管膨張を緩和することによって管座屈を防止すること」である。

Ｂｙｒｎｅ（米国特許第４，２４６，９５９号、その全体の内容が、参照により本明細書中に取り込まれている）は、Ｂｙｒｎｅの図２において、柔軟な金属非伝導性ベローズ３２を開示している。Ｂｙｒｎｅの非伝導性ベローズ３２の明示的な目的は、Ｂｙｒｎｅのカラム２、５９〜６０行に述べているように、「３次元での熱交換器の熱膨張または移動を可能にすること」である。

Ｋｏｉｊｉ（日本特許第５８１６０７９８号の英文要約、その全体の内容が、参照により本明細書中に取り込まれている）は、Ｋｏｉｊｉの英文要約において述べているように、「孔２の内壁表面と円形パイプ４との長手方向熱膨張の差異」を吸収するスライド式ピストンリング５を開示している。

Ｏｄａ（米国特許第４，７５３，４５７号、その全体の内容が、参照により本明細書中に取り込まれている）は、図１において、フランジ部材５３を金属リング３０に接続する非伝導性ベローズ４０を開示している。この構成は、Ｏｄａのカラム６、６３〜６５行に論じられているように、「断熱層６０が［非伝導性］ベローズ４０に対して許容可能な動きの範囲内で管１０に追随でき、気密シーリング特性を維持することができる」ことを可能にする。Ｏｄａの断熱層６０が非伝導性ベローズ４０を介した熱交換を意図的に阻止することに、留意されたい。

Ｍｏｄｉｎｅ（欧州特許出願ＥＰ１８７８９９０Ａ１、その全体の内容が、参照により本明細書中に取り込まれている）は、管１１をヘッダ１８に接続する弾性スリーブ１５を開示している。この弾性スリーブ１５は、カラム１、２７〜２８行に述べているように、「熱交換器内の各管が自由に且つ他の管とは独立して膨張することを可能にする」ように構成される。

上記の引用文献のすべて（Ｈｏｆｆｍｕｌｌｅｒ、Ｎｅａｒｙ、Ｂｙｒｎｅ、Ｋｏｉｊｉ、Ｏｄａ、およびＭｏｄｉｎｅ）は、管の熱膨張（主として、管の軸方向に沿った膨張または伸び）に起因する熱交換器管の物理的な動きを単に緩和させるために非伝導性ベローズを使用する従来型の熱交換器である。再び、「非伝導性ベローズ」という用語は、非伝導性ベローズが外部流体の流路中に設置されず、それゆえ、外部流体と内部流体との間で熱を交換するようには構成されていないことを表す。

これらの引用文献は、（油などの）非圧縮性熱伝達流体の熱膨張の圧力を補償するためにベローズを使用することを開示せず、確かに統合型圧力補償用熱交換器を開示していない。さらに、これらの引用文献は、熱交換用に導電性ベローズを使用することを開示せず、１つの部品で圧力補償および熱交換を統合することを開示していない。

したがって、上に説明した問題点および欠点を克服する装置および方法を提供することが望ましいはずである。

１つの例示的な実施形態にしたがえば、注入部と、伝導性ベローズと、排出部とを含む統合型圧力補償用熱交換器がある。伝導性ベローズは、伝導性ベローズの外側に位置する外部流体と伝導性ベローズの内部を通り抜ける内部流体との間で熱を交換するように構成される。加えて、伝導性ベローズは、伝導性ベローズの体積を変化させるために長さを圧縮すること（収縮させること）によって少なくとも一方の流体の圧力の変化を補償するように構成される。

別の１つの例示的な実施形態にしたがえば、注入部と、第１の伝導性ベローズと、第１のアダプタと、第２の伝導性ベローズと、第２のアダプタと、排出部と、第１のガイドと、第２のガイドと、事前装着ばねと、アクチュエータとを含む統合型圧力補償用熱交換器がある。注入部、第１の伝導性ベローズ、第１のアダプタ、第２の伝導性ベローズ、第２のアダプタ、および排出部は、内部流体がこれらを順次通り流れるように構成される。第１の伝導性ベローズ、第２の伝導性ベローズ、および排出部の平滑部は、実質的に平行であり、ガイドによって実質的に平行に保持される。アクチュエータは、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズが圧縮されるように、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズに平行な方向に第１のアダプタを動かすように構成され、その結果、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズの平行な形態を維持しながら且つ事前装着ばねを圧縮しながら、第２のガイドが、排出部の平滑部に沿ってスライドする。

本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、内部流体の流れの方向は任意であり、いつでも反転させることができる。言い換えると、注入部が排出部として作用することがあり、排出部が注入部として作用することがある。

さらに別の１つの例示的な実施形態にしたがえば、注入部と、第１の伝導性ベローズと、アダプタと、第２の伝導性ベローズと、排出部と、ガイドプレートとを含む統合型圧力補償用熱交換器がある。第１の伝導性ベローズの軸方向および第２の伝導性ベローズの軸方向は、互いに平行である。ガイドプレートは、ガイドプレートの表面に垂直な方向が、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズの軸（長手）方向に実質的に垂直になるように構成される。ガイドプレートは、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズに隣接して設置され、その結果、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズが、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズの圧縮中にガイドプレートの表面を通り過ぎることを防止する。さらに、ガイドプレートは、ガイドプレートを通る外部流体の流れを促進させるように構成されたオリフィスを有する。３つ以上の伝導性ベローズを使用する場合および、３つ以上の伝導性ベローズの軸が、互いに平行であり、同一平面内にない場合には、ガイドプレートを湾曲させて、３つ以上の伝導性ベローズの非平面の向きを調節する（適合させる）ことができる。

本明細書に取り込まれ、明細書の一部を構成する添付した図面は、１つまたは複数の実施形態を図示し、詳細な説明とともにこれらの実施形態を説明する。

従来型の熱交換器の概略図である。 （圧縮されていない形態の）伝導性ベローズを有する統合型圧力補償用熱交換器の概略図である。 （圧縮された形態の）伝導性ベローズを有する統合型圧力補償用熱交換器の概略図である。 （圧縮されていない形態の）ピストンを有する統合型圧力補償用熱交換器の概略図である。 （圧縮された形態の）ピストンを有する統合型圧力補償用熱交換器の概略図である。 （圧縮されていない形態の）ガイド、ばね、およびアクチュエータを有する統合型圧力補償用熱交換器の概略図である。 （圧縮された形態の）ガイド、ばね、およびアクチュエータを有する統合型圧力補償用熱交換器の概略図である。 （圧縮されていない形態で示した）ガイドプレートを有する統合型圧力補償用熱交換器の概略図である。 （圧縮されていない形態の）ガイドプレートを有する統合型圧力補償用熱交換器アセンブリの概略図である。 （圧縮された形態の）ガイドプレートを有する統合型圧力補償用熱交換器アセンブリの概略図である。 統合型圧力補償用熱交換器を含む電気推進エンジンの概略図である。 統合型圧力補償用熱交換器を使用する方法を図示する流れ図である。

例示的な実施形態の下記の説明は、添付した図面を参照する。異なる図面中の同じ参照番号は、同じ要素または類似の要素を識別する。下記の詳細な説明は、本発明を限定しない。その代わりに、本発明の範囲は、別記の特許請求の範囲によって規定される。

本明細書全体を通して「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の引用は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、または特性が開示した主題の少なくとも１つの実施形態中に含まれることを意味する。したがって、明細書全体を通して様々な場所で「１つの実施形態では」または「一実施形態では」という句が現れることは、同じ実施形態を参照することを必ずしも必要としない。さらに、特定の特徴、構造または特性を、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方式で組み合わせることができる。

これらの明細書および特許請求の範囲の全体を通して、内部流体の流の方向は任意であり、いつでも反転させることができる。言い換えると、注入部が排出部として作用することがあり、排出部が注入部とし作用することがある。

これらの明細書および特許請求の範囲の全体を通して、「伝導性ベローズ」という用語は、伝導性ベローズが、伝導性ベローズの内側を通る内部流体と伝導性ベローズの外側を通る外部流体との間で熱を交換するように構成されることを表す。

また、本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、部品の順番を多くの場合に列挙する。これらの順番は、列挙した部品の間に別の部品を挿入することを認める。図２ａは、（圧縮されていない形態の）伝導性ベローズを有する統合型圧力補償用熱交換器（ＩＰＣＨＥ）の概略図である。

図２ａでは、伝導性ベローズを有する統合型圧力補償用熱交換器（ＩＰＣＨＥ）は、圧縮されていない形態３０で示され、注入部３６、（圧縮されていない）伝導性ベローズ３８、および排出部４０を含む。内部流体６は、左から右へ伝導性ベローズ３８の内部を通り抜ける。外部流体４は、伝導性ベローズ３８を越えて外部を通り、伝導性ベローズ３８の壁を介して内部流体６と熱を交換する。流体は、自然対流によって流れることもあり、ポンプで流すこともできる（強制対流）。

図２ｂは、圧縮された形態４４で示した伝導性ベローズを有する統合型圧力補償用熱交換器（ＩＰＣＨＥ）を図示する。圧縮された形態では、伝導性ベローズ３８が軸（長手）方向に圧縮され、長さの変化４６をもたらす。この圧縮は、伝導性ベローズ３８の体積の変化につながる。１つのベローズについてのベローズ体積の変化は、軸方向に圧縮されるほぼ円筒形のベローズに関して、伝導性ベローズ３８の断面積掛ける長さの変化４６にほぼ等しい（体積＝面積×長さ）。

また、図２ｂは、形態が未圧縮（図２ａ）から圧縮（図２ｂ）へ変化するので、伝導性ベローズの体積の減少を明確に図示している。

伝導性ベローズの体積（「ベローズ体積」）の減少は、ａ）加熱による膨張に起因する内部流体の体積の増加、またはｂ）冷却による収縮に起因する内部流体の体積の減少、を緩和させる（圧力補償する）ことができる。逆に、ベローズ体積の増加は、上に説明したものとは反対の状態を緩和させることができる。伝導性ベローズの正確な形状および変形特性を、精密な計算のために考慮する場合がある。

１つの実施形態では、外部流体は、電気モータの本体内の一定体積の空洞中の油であり、内部流体は、プロセスガス（すなわち、電気モータに取り付けられた圧縮機によって圧縮されるガス）であり、油の温度の上昇は、油の体積の増加をもたらす。油の体積のこの増加は、伝導性ベローズの体積の減少（圧縮）によって圧力補償される（または「吸収される」）。言い換えると、膨張する油は、伝導性ベローズによって前に占められた一部の体積中へと膨張する。もう１つの応用例では、外部流体がプロセスガスであり、内部流体が油である。当然のことながら、外部流体および内部流体を様々な別の物質とすることができることを、当業者なら認識するはずである。

説明に役立つ計算として、電気モータは、６００リットルの油（Ｖ）を有することができ、摂氏０度から１２０度までの範囲の温度（ΔＴ＝１２０）を経験することがあり、摂氏１度当たり０．０００７６５の透熱性（ｄｉａｔｈｅｒｍｉｃ）流体熱膨張係数（ｋ）を有することがある。油の体積の変化（ΔＶ）は次のように計算される、ΔＶ（油）＝Ｖ×ΔＴ×ｋ。上の値を代入すると、５５リットルの体積の変化ΔＶ（油）を得る。

さらに、ベローズは、８２ｍｍの有効直径（Ｄ）、４７０ｍｍの全長（Ｌ）、および全長の６７％の長さの圧縮変化（ΔＬ）（ΔＬ＝３１５ｍｍ）を有する場合がある。ベローズの断面積（Ａ）が、Ａ＝（π×Ｄ²）／４と計算され、これは５２７８ｍｍ²に等しい。１つのベローズの体積の変化が、ΔＶ（１つのベローズ）＝Ａ×ΔＬと計算され、これは１，６６２，６６７ｍｍ³に等しい。１リットルは、１，０００立方センチメートルに等しく、または、１，０００，０００ｍｍ³に等しい。変換すると、ΔＶ（１つのベローズ）＝１．６６リットルである。

それゆえ、油の膨張を補償するために必要なベローズの数（Ｎ）は、Ｎ＝ΔＶ（油）／ΔＶ（１つのベローズ）と計算され、これは約３３個のベローズに等しい。

設計制約がベローズの数を最大２４個のベローズに制限する場合には、これら２４個のベローズは、４０リットルのΔＶ（油）を補償できるだけである（これは上に論じた５０リットルよりも少ない）。このケースでは、この２４個のベローズ制約を満足させるために、１つまたは複数の別の因子を変えることができる。例えば、ベローズの直径および／または長さを大きくすることができる、小さな専用の圧力補償器を（好ましくは内部に、油空洞の内側に）追加することができる、電気モータのケーシングを再設計して、必要な油の体積を減少させることができる、温度の変化に敏感でない（より小さなｋ）別の油を使用することができる、等である。最終的な技術設計は、複雑な多変数最適化問題であり、この議論の範囲を超える。

図２の伝導性ベローズの付加的な利点は、圧力補償機能および熱交換機能を統合するために小型であること、（従来型の管と比較して）ベローズの大きな表面積のために優れた熱交換特性、アクティブ圧力制御を適宜組み込むことができること（下記に論じる）、ベローズの柔軟性のために取り付けが容易であること、を含む。

図３ａは、伝導性ピストンを有する統合型圧力補償用熱交換器（ＩＰＣＨＥ）の概略図である。図３ａは、圧縮されていない（膨張した）形態を図示するために、伝導性ピストン４２を伝導性ベローズ３８の代わりに使用することを除いて、上に論じた図２ａと同様である。

図３ｂは、圧縮した（膨張していない）形態を図示するために伝導性ピストン４２を伝導性ベローズ３８の代わりに使用することを除いて、上に論じた図２ｂと同様である。

図４ａは、圧縮されていない形態のガイド、ばね、およびアクチュエータを有する統合型圧力補償用熱交換器（ＩＰＣＨＥ）の概略図である。

具体的には、図４ａは、内部流体６を入れる注入部３６を含む圧縮されていない形態５４のアクチュエータを有する統合型圧力補償用熱交換器を図示する。

内部流体６は、注入部３６、第１の伝導性ベローズ３８ａ、第１のＵ字形アダプタ３９ａ、第２の伝導性ベローズ３８ｂ、第２のＵ字形アダプタ３９ｂ、および排出部４０を順次通り抜ける。排出部４０は、第１の伝導性ベローズ３８ａおよび第２の伝導性ベローズ３８ｂと実質的に平行な平滑部を含む。

第１のガイド６０および第２のガイド６１は、第１のベローズおよび第２のベローズを排出部４０の平滑部に連結するように構成される。事前装着ばね５８は、圧縮された状態で事前装着されて、第１のガイド６０および第２のガイド６１を離れるように押し、その結果、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズが圧縮されていない形態になる。アクチュエータ６２を、第１のＵ字形アダプタ３９ａに接続する。

図４ｂは（圧縮された形態）５６のアクチュエータを有する統合型圧力補償用熱交換器を図示する。アクチュエータ６２は、左へ第１のＵ字形アダプタ３９ａを押し、これによって第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズを圧縮する。ガイドリング６１は、第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズを同時に圧縮するように第１の伝導性ベローズおよび第２の伝導性ベローズを保持し、安定化させながら、排出部４０の平滑部に沿って左へスライドする。アクチュエータ６２を、位置センサ（図示せず）によって置き換えることができるまたは組み合わせることができる。アクチュエータ６２は、流体の圧力、または内部流体と外部流体との間の圧力差を能動的に制御することができる。

図４ｂは、いくつかの新奇な利点を図示する。第１に、第１のＵ字形アダプタ３９ａによって接合された２つの伝導性ベローズ３８ａおよび３８ｂを用いることによって、注入部３６および排出部４０の位置を変更せずに圧縮が生じることが可能になる。さらに、この圧縮を、１つのアクチュエータ６２に接続された第１のＵ字形アダプタ３９ａによって制御することができる。この第１のＵ字形アダプタ３９ａを「可動である」と記述することができるのに対して、第２のＵ字形アダプタ３９ｂを「静止している」と記述することができる。このようにして、１つの可動Ｕ字形アダプタ３９ａは、２つのベローズ３８ａおよび３８ｂ（これらを「対である」と記述することができる）を実効的に制御する。

第２に、注入部３６および排出部４０の位置を変更せずに圧縮を可能にするこの非常に有用な特徴を保持しながら、追加のベローズを（好ましくは対で）追加することができる。さらに４つのベローズを追加した（さらに２対のベローズを追加した）図５を参照のこと。

第３に、事前装着ばね５８は、第１のＵ字形アダプタ３９ａを右へ押す傾向があり、したがって、５４で示したように、（アクチュエータが作動していないときに）アクチュエータ６２を圧縮されていない位置へと押す傾向がある。それゆえ、アクチュエータ６２を、作動したときに（この例では左へ向かって）力を働かせるだけの「一方向動作」アクチュエータとすることができ、事前装着ばねは、常に（右へ向かって）力を働かせる。

あるいは、統合型圧力補償用熱交換器をそれぞれ圧縮するまたは圧縮を回復させるために、左へまたは右へ第１のＵ字形アダプタ３９ａを直接押すまたは引くために、「二方向動作」アクチュエータを使用することができる（これは、事前装着ばねに対する必要性を除去するはずである）。

図５は、（圧縮されていない形態で示した）６４ガイドプレートを有する統合型圧力補償用熱交換器（ＩＰＣＨＥ）の概略図である。ガイドプレートに隣接する圧縮されたベローズの図である図７を参照のこと。図５では、内部流体６は、注入部３６に入り、次に、第１の伝導性ベローズ３８ａ、第１のＵ字形アダプタ３９ａ、第２の伝導性ベローズ３８ｂ、第２のＵ字形アダプタ３９ｂ、第３の伝導性ベローズ３８ｃ、第３のＵ字形アダプタ３９ｃ、第４の伝導性ベローズ３８ｄ、第４のＵ字形アダプタ３９ｄ、第５の伝導性ベローズ３８ｅ、第５のＵ字形アダプタ３９ｅ、第６の伝導性ベローズ３８ｆ、第６のＵ字形アダプタ３９ｆ、および第６の伝導性ベローズ３８ｆに平行であり隣接する長い平滑部を有する排出部４０を、順次通る。

矢印７０は、圧縮の方向を示す。第１のＵ字形アダプタ、第３のＵ字形アダプタ、および第５のＵ字形アダプタ（図５の左側に設置された３９ａ、３９ｃおよび３９ｅ）は、ベローズ３８の圧縮中に矢印７０の方向に動く。３つのＵ字形アダプタ３９ａ、３９ｃおよび３９ｅが圧縮中に動く（図示されていない１つまたは複数のアクチュエータに取り付けられることができる）という理由で、これら３つのＵ字形アダプタ３９ａ、３９ｃおよび３９ｅを「可動である」と記述することができる。これら３つのＵ字形アダプタ３９ａ、３９ｃおよび３９ｅを、一方向アクチュエータ（図示せず）に接続することができる、および／または好ましくは排出部４０の平滑部に結合されたガイド（図示せず）によって保持することができる。排出部４０の平滑部は、ガイドプレート６６の一方の端部に対する都合の良い載置位置（載置部を図示せず）をやはり提供する。

図５では、ベローズは圧縮されていない。ガイドプレートに隣接する圧縮されたベローズの図である図７を参照のこと。

第６のＵ字形アダプタ３９ｆが排出部４０に取り付けられ、それゆえ、安定であるまたは位置を固定される。第２のＵ字形アダプタ３９ｂおよび第４のＵ字形アダプタ３９ｄは、好ましくは位置を固定されるが（図示せず）、可動にすることができる。

あるいは、第６のＵ字形アダプタ３９ｆを省略することができ、そのときには排出部４０が第６の伝導性ベローズに直接接続されるはずであり（図示せず）、下に向けて左に向く代わりに、上に向けて右に向くはずである。

ガイドプレート６６は、特定の向きにベローズ３８を保持する。図示したように、ガイドプレート６６は、円筒の表面の一部の湾曲した形状を有し、円筒が、伝導性ベローズ３８の軸方向に平行な軸方向を有する。

ガイドプレート６６は、いくつかの機能を果たす。円筒の内側は、Ｕ字形アダプタ３９または伝導性ベローズ３８を破裂させることができる移動する部品（図示せず）を含むことができる。したがって、ガイドプレート６６によって規定される円筒に入ることを抑制しながら、矢印７０の方向に伝導性ベローズ３８が収縮することを可能にすることが重要である。さらに、注入部３６および排出部４０を、ガイドプレート６６に固定することができる。

加えて、ガイドプレート６６は、外部流体４が容易に通過し、その後ベローズ３８を介して内部流体６へ熱を伝達させることを可能にするオリフィス６８を有することができる。ガイドプレート６６は、別の形状（例えば、円筒形の代わりに平面）を有することができ、オリフィス６８を長方形（例えば、金網などの針金の母材から得られるオリフィス）とすることができる。ガイドプレート６６は、オリフィス６８を持たないことがある、または外部流体の流れを所望の流れパターンへと向けるためにある面積にだけオリフィス６８を有することがある。ガイドプレート６６は、第１の伝導性ベローズ３８が第２の伝導性ベローズ３８に接触すること（擦れること）を防止する突起物（図示せず）をやはり有することができる。各伝導性ベローズ３８と同軸であり個別に案内する樋（図示せず）を作るために、ガイドプレート６６を折り曲げることができる。

図６は、（圧縮されていない形態）７４のガイドプレートを有する統合型圧力補償用熱交換器アセンブリの概略図である。

具体的には、図６は、統合型圧力補償用熱交換器が電気モータのケーシング内に据えられて示されていることを除いて、図５と同様である。ケーシングの内側表面は、油などの外部流体を保持する空洞の外側表面を規定する。

図７は、（圧縮された形態）７６のガイドプレートを有する統合型圧力補償用熱交換器アセンブリの概略図である。図７は、ベローズ３８が圧縮されていることを除いて、図６と同様である。この圧縮は、図２、図３および図４の下側部分において以前に図示している。

図８は、電気推進エンジン８２および統合型圧力補償用熱交換器３０を含む電気推進エンジンアセンブリ７８の概略図である。電気推進エンジン８２を、永久磁石モータとすることができる。楕円形８０は、電気推進エンジンの内側の統合型圧力補償用熱交換器３０の位置を示す。図８は、電気推進エンジン８２と統合することができる圧縮機１００の一部をやはり示す。

図９は、統合型圧力補償用熱交換器３０を使用する方法を図示する流れ図８４である。

第１のステップ８６では、統合型圧力補償用熱交換器３０の内側に内部流体６を流す。第２のステップ８８では、統合型圧力補償用熱交換器３０の外側に外部流体４を流して、内部流体６と熱を交換する。第３のステップ９０では、外部流体４の温度の上昇によって外部流体４の体積が増加するにつれて、比例して統合型圧力補償用熱交換器３０の体積を減少させ、その結果、統合型圧力補償用熱交換器３０を圧縮された形態４４へと圧縮する。

統合型圧力補償用熱交換器３０の体積の減少は、外部流体の圧力が増加し強く押すにつれて自動的に生じることがあり、またはアクチュエータ６２に応えて生じることがある。

同様に、統合型圧力補償用熱交換器３０の体積は、内部流体６の体積が増加するにつれて増加することがある。

この説明が本発明を限定するようには意図していないことを、理解すべきである。それどころか、例示的な実施形態は、別記の特許請求の範囲によって規定されるように本発明の精神および範囲内に含まれる代替形態、変形形態、および等価物を包含するように意図している。さらに、例示的な実施形態の詳細な説明では、権利を主張する発明の包括的な理解を提供するために、数多くの具体的な詳細を説明している。しかしながら、様々な実施形態をかかる具体的な詳細がなくとも実行できることを、当業者なら理解するはずである。

本例示的な実施形態の構成および要素を、特定の組み合わせで実施形態において説明しているが、各構成または要素を、実施形態の別の構成および要素を用いずに単独で、または本明細書中に開示した別の構成および要素との様々な組み合わせでもしくは組み合わせずに使用することができる。

本明細書は、いずれかの装置またはシステムを作成することおよび使用することならびにいずれかの組み込まれた方法を実行することを含む主題を、いずれかの当業者が実行することを可能にするために、開示した主題の例を使用する。主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思い付く別の例を含むことができる。かかる別の例が、特許請求の範囲の範囲内になるように意図している。

２ 熱交換器アセンブリ
４ 外部流体
６ 内部流体
８ 注入部エルボ
１０ 管
１４ 排出部エルボ
１６ 非伝導性ベローズ
１８ ばね機構
２０ ばね
３０ 圧縮されていない形態
３６ 注入部
３８ 伝導性ベローズ
３９ Ｕ字形アダプタ
４０ 排出部
４２ 伝導性ピストン
４４ 圧縮された形態
４６ 長さの変化
５４ 圧縮されていない形態
５６ 圧縮された形態
５８ 事前装着ばね
６０ 第１のガイド
６１ 第２のガイド
６２ アクチュエータ
６４ 圧縮されていない形態
６６ ガイドプレート
６８ オリフィス
７０ 矢印
７４ 圧縮されていない形態
７６ 圧縮された形態
７８ 電気推進エンジンアセンブリ
８２ 電気推進エンジン
１００ 圧縮機

Claims (10)

1. 内部流体を注入するように構成された注入部と、
   前記注入部に接続され、前記注入部から前記内部流体を受け入れるように構成され、前記内部流体と外部流体との間で熱を伝達するように構成され、長さを圧縮することによって圧力を補償するように構成された第１の伝導性ベローズと、
   前記第１の伝導性ベローズから前記内部流体を受け入れ、前記内部流体を排出するように構成された排出部と
   を備えた、統合型圧力補償用熱交換器。
2. 前記内部流体がプロセスガスであり、前記外部流体が油であり、前記第１の伝導性ベローズが前記内部流体の体積の変化を補償するために長さを圧縮するまたは拡大するように構成される、請求項１記載の統合型圧力補償用熱交換器。
3. 前記第１の伝導性ベローズと前記排出部との間に連通して設置された第１のＵ字形アダプタと、
   前記第１のＵ字形アダプタと前記排出部との間に連通して設置された第２の伝導性ベローズと
   をさらに備え、
   前記統合型圧力補償用熱交換器は、前記内部流体が、前記注入部、前記第１の伝導性ベローズ、前記第１のＵ字形アダプタ、前記第２の伝導性ベローズ、および前記排出部を順次通り流れるように構成される、
   請求項１記載の統合型圧力補償用熱交換器。
4. 前記第１のＵ字形アダプタに機械的に結合され、前記第１の伝導性ベローズおよび前記第２の伝導性ベローズを同時に圧縮するように構成されたアクチュエータ
   をさらに備えた、請求項３記載の統合型圧力補償用熱交換器。
5. 前記排出部が、前記第１の伝導性ベローズおよび前記第２の伝導性ベローズと実質的に平行な平滑部を含む、請求項３記載の統合型圧力補償用熱交換器。
6. 前記排出部の前記平滑部を前記第１の伝導性ベローズおよび前記第２の伝導性ベローズに機械的に結合する第１のガイドと、
   前記排出部の前記平滑部を前記第１の伝導性ベローズおよび前記第２の伝導性ベローズに機械的に結合する第２のガイドと
   をさらに備え、
   前記第２のガイドは、前記第１の伝導性ベローズおよび前記第２の伝導性ベローズが同時に圧縮されるにつれて前記排出部の前記平滑部に沿ってスライドするように構成される、
   請求項５記載の統合型圧力補償用熱交換器。
7. 前記第１のガイドと前記第２のガイドとの間に設置され、前記第１の伝導性ベローズおよび前記第２の伝導性ベローズが同時に圧縮を回復するように前記第２のガイドを前記第１のガイドから遠くへ押すように構成された事前装着ばね
   をさらに備えた、請求項６記載の統合型圧力補償用熱交換器。
8. 圧縮機に電力を与えるように構成された電気推進エンジンと、
   前記電気推進エンジンの内側に設置された統合型圧力補償用熱交換器であって、
   内部流体を注入するように構成された注入部と、
   前記注入部に接続され、前記注入部から前記内部流体を受け取るように構成され、前記内部流体と外部流体との間で熱を伝達するように構成され、長さを圧縮することによって圧力を補償するように構成された第１の伝導性ベローズと、
   前記第１の伝導性ベローズから前記内部流体を受け取り、前記内部流体を排出するように構成された排出部と
   を含む、統合型圧力補償用熱交換器と
   を備えた、電気推進エンジンアセンブリ。
9. 圧縮機と、
   請求項８記載の電気推進エンジンアセンブリと
   を備えた、統合型電気モータ圧縮機。
10. 統合型圧力補償用熱交換器を使用して、圧力を補償し外部流体を冷却する方法であって、
    前記統合型圧力補償用熱交換器の内側に内部流体を流すステップと、
    前記統合型圧力補償用熱交換器の外側に前記外部流体を流すステップと、
    前記外部流体内の温度上昇に起因して前記外部流体の体積が増加するにつれて、圧縮された形態へと前記統合型圧力補償用熱交換器の体積を減少させるステップと
    を含む、方法