特許 6407276 鋳造された山形配列によって強化された表面に角度づけられたインピンジメントを使用する後縁冷却を含むガスタービンエンジン構成部品

(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】6407276

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】鋳造された山形配列によって強化された表面に角度づけられたインピンジメントを使用する後縁冷却を含むガスタービンエンジン構成部品

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/18 20060101AFI20181004BHJP

【ＦＩ】

   F01D5/18

【請求項の数】19

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-527278(P2016-527278)

(86)(22)【出願日】2014年10月9日

(65)【公表番号】特表2016-540149(P2016-540149A)

(43)【公表日】2016年12月22日

(86)【国際出願番号】US2014059796

(87)【国際公開番号】WO2015065671

(87)【国際公開日】20150507

【審査請求日】2016年6月28日

(31)【優先権主張番号】14/068,070

(32)【優先日】2013年10月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390039413

【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(73)【特許権者】

【識別番号】512151609

【氏名又は名称】マイクロ システムズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＫＲＯ ＳＹＳＴＥＭＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】チン−パン リー

(72)【発明者】

【氏名】ベンジャミン イー． ヘネヴェルド

(72)【発明者】

【氏名】グレン イー． ブラウン

(72)【発明者】

【氏名】ジル クリンジャー

【審査官】 倉田 和博

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５２６３８２０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７６９０８９２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１３−００７３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６３９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９１４０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンエンジンの構成部品であって、
内面を有する圧力側と、
内面を有する吸込側と、
後縁部分と、
該後縁部分に半径方向に配置された、複数の、吸込側インピンジメントオリフィスおよび圧力側インピンジメントオリフィスと、を備え、
前記吸込側インピンジメントオリフィスはそれぞれ、インピンジメントジェットを、鋭角で、前記吸込側の前記内面に形成された山形配列内の山形の先端部を包囲する延在した目標領域へ方向付けるように構成されており、
前記圧力側インピンジメントオリフィスはそれぞれ、インピンジメントジェットを、鋭角で、前記圧力側の前記内面に形成された山形配列内の山形の先端部を包囲する目標領域へ方向付けるように構成されていることを特徴とする、ガスタービンエンジンの構成部品。

【請求項2】

前記吸込側インピンジメントオリフィスの出口は、平均反り線よりも吸込側に配置されており、前記圧力側インピンジメントオリフィスの出口は、平均反り線よりも圧力側に配置されている、請求項１記載の構成部品。

【請求項3】

前記山形の先端部に衝突した後、消費されたインピンジメント空気は、それぞれの衝突された山形配列の山形の斜辺の拡開と関連して拡開する、請求項１または２記載の構成部品。

【請求項4】

少なくとも１つの前記山形配列は、複数の山形を含み、該複数の山形の各山形の先端部は、それぞれの前記目標領域に配置されており、前記複数の山形の、該山形の斜辺は、該斜辺の間に、消費された冷却空気が流れる少なくとも１つの溝を形成している、請求項１から３までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項5】

前記溝は、山形配列が存在しなかったならば前記消費されたインピンジメント空気が辿ったであろう経路と同じ経路に沿って、前記消費されたインピンジメント空気を案内するように向けられている、請求項４記載の構成部品。

【請求項6】

少なくとも１つの前記山形は、非連続的である、請求項１から５までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項7】

少なくとも１つの前記山形の前記先端部は、開放している、請求項６記載の構成部品。

【請求項8】

少なくとも１つの前記山形は、連続的である、請求項１から５までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項9】

少なくとも１つの前記山形は、それぞれの目標領域の全体にわたって延びている、請求項１から５までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項10】

各インピンジメントオリフィスは、淀み点を、消費されたインピンジメント空気の流れの方向に関してそれぞれの前記山形の前記先端部の上流の前記目標領域に位置決めするように構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項11】

複数の前記インピンジメントオリフィスの下流に配置された、インピンジメントオリフィスの第２段をさらに備え、
各吸込側の前記第２段の前記インピンジメントオリフィスは、インピンジメントジェットを、鋭角で、前記山形配列内の前記山形の前記先端部を包囲する延在した目標領域へ、前記吸込側の内壁に向かって方向付けるように構成されており、
各圧力側の前記第２段の前記インピンジメントオリフィスは、インピンジメントジェットを、鋭角で、前記山形配列内の前記山形の前記先端部を包囲する延在した目標領域へ、前記圧力側の内壁に向かって方向付けるように構成されており、
前記複数のインピンジメントオリフィスからの消費されたインピンジメント空気は、それぞれの前記山形の斜辺によって、それぞれの前記第２段の前記インピンジメントオリフィス内へ案内される、請求項１から１０までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項12】

前記複数のインピンジメントオリフィスのそれぞれからの消費されたインピンジメント空気は、それぞれの前記山形の斜辺によって、２つのそれぞれの前記第２段の前記インピンジメントオリフィス内へ案内される、請求項１１記載の構成部品。

【請求項13】

ガスタービンエンジンの構成部品であって、
山形配列を含む、翼の吸込側に配置された内面と、
冷却流体のインピンジメントジェットを、前記吸込側に配置された内面に、垂直でない角度で方向付けるように構成されたインピンジメントオリフィスと、を備え、
前記インピンジメントジェットの目標領域は、前記山形配列内の山形の先端部を包囲しており、前記山形の斜辺は、消費されたインピンジメント空気の拡開に関連して拡開していることを特徴とする、ガスタービンエンジンの構成部品。

【請求項14】

翼の圧力側に配置された反対側の内面と、
前記吸込側に配置された内面と前記圧力側に配置された反対側の内面との間に配置された複数のインピンジメントオリフィスと、を備え、
前記複数のインピンジメントオリフィスのうちの幾つかは、冷却流体のそれぞれのインピンジメントジェットを前記吸込側に配置された内面へ垂直でない角度で方向付けるように構成されており、前記複数のインピンジメントオリフィスのうちの幾つかは、冷却流体のそれぞれのインピンジメントジェットを前記圧力側に配置された反対側の内面へ垂直でない角度で方向付けるように構成されており、各インピンジメントジェットの前記目標領域は、それぞれの前記山形配列内の前記山形の先端部を包囲しており、それぞれの前記山形の前記斜辺は、それぞれの消費されたインピンジメント空気の拡開に関連して拡開している、請求項１３記載の構成部品。

【請求項15】

前記複数のインピンジメントオリフィスは、翼の後縁部分に配置されている、請求項１４記載の構成部品。

【請求項16】

前記山形配列は、複数の山形を含み、各山形の先端部は、前記目標領域に配置されており、各山形の前記斜辺は、前記消費されたインピンジメント空気の拡開に関連して拡開している、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項17】

前記山形は、非連続的である、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項18】

前記山形の先端部は、開放している、請求項１３から１７までのいずれか１項記載の構成部品。

【請求項19】

前記山形の前記斜辺は、山形配列が存在しなかったならば前記消費されたインピンジメント空気が辿ったであろう経路に対して角度を成して向けられている、請求項１３から１８までのいずれか１項記載の構成部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

連邦政府による資金提供を受けた開発の記載
本発明のための開発は、アメリカ合衆国エネルギ省によって与えられた契約番号ＳＣ０００１３５９によって一部補助された。したがって、アメリカ合衆国政府は本発明における何らかの権利を有することがある。

【0002】

発明の分野
本発明は、セラミック中子を使用して鋳造可能なタービン翼の後縁の冷却に関する。特に、本発明は、目標の鋳造された表面特徴部への角度づけられたインピンジメント冷却ジェットの使用を開示する。

【0003】

発明の背景
ガスタービンエンジンのブレードおよびベーンにおいて使用される従来のタービン翼は、空力効率のために薄い後縁を有する。しかしながら、内部における冷却表面積の欠如は、薄い後縁の冷却を困難にしている。後縁は、通常、セラミック中子を使用することによってブレード全体と一体に鋳造される。セラミック中子の特徴およびサイズは、後縁に反映される。しかしながら、中子設計の考慮は、後縁設計の考慮よりも重視されなければならない。例えば、後縁にインピンジメントチャネルを形成する中子特徴部が大きくなるほど、中子強度にとっては好ましいが、インピンジメントチャネルが大きくなると、流れ調量が低下することを意味する。それゆえ、中子の考慮と後縁冷却の要求とのバランスを取る、適切に設計された中子は、適切に設計された後縁設計の重要な側面である。

【0004】

タービン翼後縁における平均反り線に沿ったインピンジメント冷却が知られている。この配列では、オリフィスが後縁の一部として鋳造され、平均反り線の方向に向けられ、冷却流体の高速インピンジメントジェットを発生する。これらのインピンジメントジェットは、隣接する下流のインピンジメントオリフィスの間の面に衝突してもよく、これは、熱伝達率を増大させる。消費された冷却流体が後縁から燃焼ガス通路内へ排出される前に、１回、２回または３回の衝突が生じてもよい。インピンジメントオリフィスの連続は、流れを調量するためにも機能し、これは、冷却流体のより効率的な利用を提供する。

【0005】

平均反り線上にインピンジメントオリフィスを配置することで、インピンジメントオリフィスは、吸込側における凹状内面と、翼の圧力側における凸状内面との間に配置されている。従来の冷却方式は、インピンジメントオリフィスが、凹状および凸状の内面に衝突するインピンジメントジェットを発生するように、インピンジメントオリフィスを角度づけることによって、熱伝達を改良する。これは、ひいては、後縁のそれぞれの外面を冷却する。その他の従来の冷却方式は、インピンジメントジェットと一致する内面に様々な表面特徴を配置する。しかしながら、ガスタービンエンジンの作動温度は、上昇し続ける。これは、当技術分野において、後縁の冷却に対する改良の余地を残している。

【0006】

以下の説明では、本発明を図面に関連して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本明細書に開示された翼の典型的な実施の形態の概略的な断面図である。

【図2】図１の後縁の拡大図である。

【図3】後縁の典型的な実施の形態を形成するために使用される鋳造中子の後縁部分の概略的な側面図である。

【図4】図３のインピンジメントオリフィス形成中子特徴部の拡大図である。

【図5】後縁において生じる冷却流体の流れを透視図で概略的に示しており、流れは、図４の中子の平面５−５に重ね合わされている。

【図6】後縁において生じる冷却流体の流れを透視図で概略的に示しており、流れは、図４の中子の平面６−６に重ね合わされている。

【図7】本明細書に説明された冷却配列を形成するために使用される鋳造中子クーポンを示している。

【図8】図７の鋳造中子クーポンを使用して形成された鋳物の断面図を示している。

【図9】図７の鋳造中子クーポンを使用した、熱伝達結果を示している。

【0008】

発明の詳細な説明
本願発明者らは、後縁および冷却配列の全てのエレメントがセラミック鋳造中子を使用して翼と一体に鋳造される、タービン翼の後縁のための冷却配列を開発した。本発明は、エレメントが協調して、予想しなかったほど極めて効率的な冷却配列を形成するような配列を形成するために、鋳造中子技術における進歩を利用する。特に、翼および後縁は、後縁内にインピンジメントオリフィスおよび山形を形成するように構成されたセラミック鋳造中子の周囲に鋳造される。インピンジメントオリフィスのうちの幾つかは、インピンジメントジェットを、翼の圧力側における内面に配置された山形に向かって方向付ける。その他のインピンジメントオリフィスは、インピンジメントジェットを、吸込側における内面に配置された山形に向かって方向付ける。インピンジメントオリフィスの１つまたは複数の列が設けられてもよい。消費されたインピンジメント空気は、後縁から燃焼ガスの流れの中へ排出される。全てのインピンジメントジェットが同じ方向を向いている場合と比較して、インピンジメントジェットの目標を吸込側から圧力側へ交互にすることは、冷却される表面積を増大させることを助けるのみならず、セラミック中子の後縁セクションを強化するように機能もし、これにより、インピンジメントジェットの直径をより小さくしつつ、生産歩留りを高める。さらに、山形の使用は、表面積を増大させるのみならず、冷却空気を拡散させるためにも機能し、表面をより均一に冷却し、従来のタービュレータまたは平行な溝と比較したときに、有効に冷却される面積を増大させる。

【0009】

図１は、翼１０の典型的な実施の形態を示している。翼１０は、圧力側１２と、吸込側１４と、前縁１６と、後縁１８と、平均反り線２０と、インピンジメントオリフィス２４の第１列２２と、インピンジメントオリフィス２４の第２列２６と、インピンジメントオリフィス２４の第３列２８とを有しており、各列２２，２６，２８は、翼１０の基部から翼１０の先端部までガスタービンエンジン内で半径方向に向けられている。列２２，２６，２８は、翼１０の後縁部分３０に配置されている。冷却流体は、インピンジメントオリフィスの第１列２２に進入し、排出オリフィス３２を通じて後縁部分３０から出る。圧力側１２は、圧力側内面３４の冷却を介して冷却され、吸込側１４は、吸込側内面３６の冷却を介して冷却される。

【0010】

図２は、図１の後縁部分３０の拡大図を示している。この断面図において、翼１０内の上流キャビティ４２からの新鮮な冷却流体４０は、第１列２２のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス入口４４に進入し、インピンジメントジェット４８の形式でインピンジメントオリフィス出口４６を通じてインピンジメントオリフィス２４から排出される。第１列２２のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス出口４６の中心は、平均反り線２０よりも吸込側１４に配置されているが、それぞれのインピンジメントジェット４８が平均反り線２０に対して所定の角度５０で方向付けられる限り、必ずしもそうである必要はない。この断面図において、第１列２２のインピンジメントジェット４８は、インピンジメントの角度５２で吸込側１４における凹状の第１列の内面６２上の目標領域６０に向かって方向付けられる。表面特徴（図示せず）または複数の表面特徴は、少なくとも表面特徴の一部が目標領域６０内に位置するように位置決めされている。

【0011】

第１列２２のインピンジメントジェット４８からの消費された冷却流体６４は、第２列２６のための新鮮な冷却流体４０となる。新鮮な冷却流体４０は、第２列２６のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス入口４４に進入し、通過し、インピンジメントジェット４８の形式でインピンジメントオリフィス出口４６を通じてインピンジメントオリフィス２４から排出される。第２列２６のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス入口４４は、第１列２２のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス出口４６とは異なる高さにあってもよく、それゆえ、第２列２６のインピンジメントオリフィス２４は、破線を用いて表されている。第２列２６のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス出口４６の中心は、平均反り線２０よりも圧力側１２に配置されているが、それぞれのインピンジメントジェット４８が平均反り線２０に対して所定の角度で方向付けられる限り、必ずしもそうである必要はない。この断面図において、第２列２６のインピンジメントジェット４８は、圧力側１２における凸状の第２列の内面６６上の目標領域６０に向かって方向付けられる。表面特徴（図示せず）または複数の表面特徴は、少なくとも表面特徴の一部が目標領域６０内に位置するように位置決めされている。

【0012】

第２列２６のインピンジメントジェット４８からの消費された冷却流体は、第３列２８のための新鮮な冷却流体４０となる。新鮮な冷却流体４０は、第３列２８のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス入口４４に進入し、通過し、インピンジメントジェット４８の形式でインピンジメントオリフィス出口４６を通じてインピンジメントオリフィス２４から排出される。第３列２８のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス入口４４は、第１列２２のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス出口４６と同じ高さにあってもよく、それゆえ、第３列２８のインピンジメントオリフィス２４は、実線を用いて表されている。第３列２８のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス出口４６の中心は平均反り線２０よりも吸込側１４に配置されているが、それぞれのインピンジメントジェット４８が平均反り線２０に対して所定の角度で方向付けられる限り、必ずしもそうである必要はない。この断面図において、第３列２８のインピンジメントジェット４８は、吸込側１４における凹状の第３列の内面６８上の目標領域６０に向かって方向付けられる。表面特徴（図示せず）または複数の表面特徴は、少なくとも表面特徴の一部が目標領域６０内に位置するように位置決めされている。第３列２８のインピンジメントジェット４８からの消費された冷却流体６４は、排出オリフィス３２を通じて後縁部分３０から排出される。

【0013】

この典型的な実施の形態では、この断面図における列２２，２６，２８は、吸込側１４から圧力側１２へ、さらに吸込側へ交互になっている。１つの断面図における全ての３つの列２２，２６，２８が同じ側に方向付けられていてもよいし、または異なる側を向いていてもよいが、必ずしも図示したように交互のパターンでなくてもよい。例えば、代替的な典型的な実施の形態では、第１列２２および第２列は圧力側１２を向いていてもよいが、第３列は吸込側１４を向いていてもよい。あらゆる組み合わせが考えられる。同様に、示された配列は、断面の位置が翼１０の基部から先端部へ移行していくときに、変化してもよい。

【0014】

図３は、二重インピンジメントのために構成された後縁部分３０の代替的な典型的な実施の形態を形成するために使用される鋳造中子８２の後縁部分８０の側面図である。鋳造中子は、セラミック材料から形成されていてもよい。図４は、鋳造中子８２が取り出されたときに翼１０内にインピンジメントオリフィス２４を形成する、インピンジメントオリフィス形成構造８４を有する、図３の後縁部分８０内の領域の拡大図である。

【0015】

図５は、図４の線５−５で終了する鋳造中子の一部を透視図で概略的に示しており、線は、冷却流体の流れが翼１０内の同じ位置において取り得る経路を表している。言い換えれば、鋳造中子８２の外面８６は、この外面８６が形成する翼１０の内面としてモデル化されている。図６は、図５と同様であるが、線５−５のインピンジメントオリフィス形成構造８４にすぐ隣接する、インピンジメントオリフィス形成構造８４の線６−６に沿って見たものである。図５を図６と比較すると、この典型的な実施の形態では、インピンジメントオリフィス形成構造８４の第１列９０内の隣接するインピンジメントオリフィス形成構造８４は、それらがどちらの側を向いているかを交代させていることが明らかである。インピンジメントオリフィス形成構造８４は、図示したように１つおきに交互になっていてもよいし、他のグループごとに交互になっていてもよく、例えば、２つが一方の側を向いており、次いで、２つが別の側を向いているなどである。

【0016】

図５および図６には、インピンジメントオリフィス形成構造８４の第２列９２も示されている。この図では、第１列９０と第２列とは鉛直方向に（すなわち、翼の基部から翼の先端部へ）ずらされていることが分かる。これは、冷却流体がたどる経路をより蛇行状に、ひいてはより効率的にする。

【0017】

図７は、後縁部分３０において使用される冷却配列を実装する鋳造中子クーポン（coupon）１００を示している。この典型的な実施の形態は、インピンジメントオリフィス形成構造８４の第１列９０と、第２列９２と、第３列１０２とを含む三重インピンジメント冷却配列を採用している。山形配列形成構造１０４が鋳造中子クーポン１００の外面１０６に形成されていることが分かり、山形配列形成構造１０４は、後縁部分３０の内面に山形配列を形成するように構成されている。各列９０，９２，１０２内においてインピンジメントオリフィス形成構造８４はそれらの方向を交代させていることが分かる。山形配列形成構造１０４は、インピンジメントジェットが冷却流体をそれぞれの山形配列へ方向付けるように、インピンジメントオリフィス形成構造８４と調整させられていることも分かる。

【0018】

図８は、図７の鋳造中子クーポン１００を使用して形成された鋳物１１０の一部の断面図を示している。鋳造中子クーポン１００が以前存在していたところには空所１１２が存在しており、この空所１１２は、新鮮な冷却流体４０をインピンジメントオリフィス２４の第１列２２へ供給する上流キャビティ４２を表している。インピンジメントオリフィス２４の第２列２６および第３列２８、ならびに山形配列１２０の第１列１１４、第２列１１６および第３列１１８も見られる。各山形配列１２０は、１つまたは２つ以上の個々の山形１２２を有してもよい。各列の構成を説明するためにインピンジメントオリフィス２４の第１列２２を用いると、図面の奥へ向けられた第１グループインピンジメントオリフィス１２４と、図面の手前へ向けられた第２グループインピンジメントオリフィス１２６とが設けられていることを見ることができる。第１グループインピンジメントオリフィス１２４は、インピンジメントジェット４８を吸込側１４における凹状の第１列内面６２における目標領域６０に向かって方向付けるインピンジメントオリフィスであると見なすことができる。同様に、第２グループインピンジメントオリフィス１２６は、インピンジメントジェット４８を圧力側１２における凸状の第１列内面（この図には示されていない）における目標領域６０に向かって方向付けるインピンジメントオリフィスであると見なすことができる。

【0019】

インピンジメントオリフィス２４は、断面が円形であってもよいが、第１列内面６２に向かって角度づけられているので、円形の断面を備えるインピンジメントオリフィス２４は楕円形の目標領域６０を形成している。目標領域は、サイズが変化していてもよく、より小さな目標領域１３０、中程度の目標領域１３２、およびより大きな目標領域１３４を含んでもよく、サイズは、山形配列１２０のうちのどれだけ多くが目標領域６０内にあるかに関する。目標領域６０の周縁部１３６の形状は、インピンジメントオリフィス２４自体の断面の形状を変化させることによって変化させられてもよい。例えば、インピンジメントオリフィスの断面が楕円形で、長軸が図面に対して前後方向に延びているとすると、周縁部１３６の楕円形状は、円形の断面を有するインピンジメントオリフィスによって生ぜしめられるものよりも増大させられる。逆に、断面の楕円形状が、長軸が第１列内面６２に対してより平行となるように向けられているとすると、周縁部１３６の形状はより円形に近くなる。同様に、インピンジメント５２の角度を変化させることによって、周縁部１３６の楕円形状を変化させることができる。インピンジメントオリフィス２４の断面の形状およびインピンジメント５２の角度は、目標領域６０の周縁部１３６のために望まれるどのような形状をも達成するために、必要に応じて操作することができる。加えて、周縁部１３６の形状は全ての目標領域６０のために同じであってもよいし、または目標領域のうちの幾つかまたは全てが、固有の独特の周縁部形状を有してもよい。これらの周縁部形状は、局所的な冷却要求および局所的ジオメトリ等に対応するように選択されてもよい。

【0020】

各山形１２２は、先端部１４０および２つの斜辺１４２を有する。隣接する山形１２２は、それらの間に溝１４４を形成しており、この溝１４４は、冷却流体を案内するために使用することができる。先端部１４０は、閉鎖された先端部１４６または開放した先端部１４８であってもよい。斜辺１４２は、連続的１５０または非連続的１５２であってもよい。山形配列１２０の構成は、１つの山形配列１２０から次の山形配列へ変化していてもよく、局所的な冷却要求および局所的なジオメトリなどに対応するように選択されてもよい。山形１２２は、目標領域６０の全体にわたっていてもよいし、または目標領域６０は山形１２２の範囲よりも大きくてもよい。山形配列１２０における１つまたは全ての山形１２２の先端部１４０は、目標領域６０内に配置されていてもよい。

【0021】

消費された冷却流体６４は、山形１２２の斜辺１４２によって形成された溝１４４内を流れてもよい。これらの溝１４４は、山形配列１２０が存在しなかったならば消費された冷却流体６４が辿ったであろう経路と同じ経路に沿って、消費された冷却流体６４を案内するように向けられていてもよい。言い換えれば、消費された冷却流体６４に存在する流線１６０は、当然、山形配列１２０が存在しなかった場合の経路をたどる。山形配列１２０は、斜辺１４２および／または溝１４４が、山形配列１６２に示したものと同じ流線をたどるように構成することができる。その結果、消費された冷却流体６４は、山形配列１２０の存在の結果としてほとんどまたは全くエネルギを損失しないが、山形配列によって生じた増大した表面積による利益を受ける。

【0022】

代替的に、斜辺１４２および／または溝１４４を、山形配列１６４内に示しているように、消費された冷却流体６４が当然に形成する流線１６０に対して所定の角度で配置することができる。この構成は、消費された冷却流体６４を強制的に斜辺１４２上を通流させる。これは乱流を引き起こし、これにより、冷却効果を増大させる。斜辺１４２の長さおよび自然流線１６０に対する斜辺１４２の斜辺角度１６６は、乱流を増大させる、ひいては冷却効率を高めるという要望と、より長い斜辺１４２長さおよびより大きな斜辺角度１６６を形成する斜辺の下流側において形成し得る境界層を低減するという要望とのバランスを取るように設計される必要がある。斜辺角度１６６は、生じた乱流がどれほどうまく斜辺１４２および／または溝をたどるかをも決定し、これは、熱伝達にも影響する。同様に、斜辺１４２が非連続的であるならば、間隙１６８の間の長さは、乱流発生と境界層形成とをバランスさせることによって冷却有効性を最大化するように選択される必要がある。

【0023】

典型的な実施の形態では、斜辺１４２および／または溝１４４は、後続のインピンジメントオリフィス２４のインピンジメントオリフィス入口４４に向かって、消費された冷却流体６４を案内するように構成することができる。例えば、山形配列１８０は、消費された冷却流体６４を第２列インピンジメントオリフィス１８２から第３列インピンジメントオリフィス１８４，１８６のインピンジメントオリフィス入口４４に向かって案内する。これは、後縁部分３０を通る流れ効率を高めるために行われてもよい。代替的に、より大きな流体カオスがその位置において望まれる場合、斜辺１４２および／または溝１４４を、消費された冷却流体６４をインピンジメントオリフィス２４の間の間隙構造１８８に向かって案内するように構成することができる。

【0024】

典型的な実施の形態では、冷却配列は、目標領域６０内の淀み点１９０が山形配列１２０における１つまたは全ての山形１２２の先端部１４０の上流に配置されるように構成されていてもよい。そうすることにより、消費された冷却流体６４が、先端部１４０に向かって上流へ流れるのとは反対に、先端部１４０から離れるように斜辺１４２および／または溝１４４に沿って流れることが保証され、これは、より均一な流れを保証する。

【0025】

その他の表面特徴および流路を備える様々な冷却配列が考えられたが、それぞれの山形リブにおける角度づけられたインピンジメントの複数の列のこの組み合わせは、（セラミック材料から形成されてもよい）鋳造中子８２を使用して翼１０と一体の後縁部分３０の形成を許容しつつ、少なくとも増大した表面積および増大した乱流により生じる最大の熱伝達率を提供した。本明細書に開示された配列を使用する改良された熱伝達試験結果を図９において見ることができる。他の構成による結果と比較したとき、その結果の全てが、本明細書に開示された構成による結果を下回り、この増大した冷却が、技術における改良を表していることが明らかになる。

【0026】

本発明の様々な実施の形態について本明細書中で図示および説明してきたが、これらの実施の形態は単に例として提供されていることが明らかになるであろう。本明細書における本発明から逸脱することなく、多数の改変、変更および代用がなされ得る。したがって、本発明は、添付の請求項の思想および範囲によってのみ限定されることが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】