JP2011226463A - 高温ガス流路構成部品冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】高温ガス流路構成部品のための冷却システムを提供する。
【解決手段】冷却システム（１１０）は構成部品層（１２０）及びカバー層（１２５）を含む。前記構成部品層は第１の内側の表面（１２２）及び第２の外側の表面（１２４）を含む。前記第２の外側の表面には複数のチャンネル（１３０）が設けられる。前記構成部品層には更に、概ね前記第１の内側の表面と前記第２の外側の表面との間に延在する複数の通路（１４０）が設けられる。前記複数のチャンネルの各々は、前記複数の通路の少なくとも１つに流体接続される。前記カバー層は構成部品層の前記第２の外側の表面に隣接して配置される。前記複数の通路は、冷却媒体（９０）を前記複数のチャンネルへ流れさせて、前記カバー層に対して衝突冷却をもたらすように構成される。前記複数のチャンネルは、その中に冷却媒体を流れさせて、前記カバー層を冷却するように構成される。
【選択図】図２
【解決手段】冷却システム（１１０）は構成部品層（１２０）及びカバー層（１２５）を含む。前記構成部品層は第１の内側の表面（１２２）及び第２の外側の表面（１２４）を含む。前記第２の外側の表面には複数のチャンネル（１３０）が設けられる。前記構成部品層には更に、概ね前記第１の内側の表面と前記第２の外側の表面との間に延在する複数の通路（１４０）が設けられる。前記複数のチャンネルの各々は、前記複数の通路の少なくとも１つに流体接続される。前記カバー層は構成部品層の前記第２の外側の表面に隣接して配置される。前記複数の通路は、冷却媒体（９０）を前記複数のチャンネルへ流れさせて、前記カバー層に対して衝突冷却をもたらすように構成される。前記複数のチャンネルは、その中に冷却媒体を流れさせて、前記カバー層を冷却するように構成される。
【選択図】図２
Description
本発明は、一般的に云えば、ガスタービン・システムに関し、より具体的には、ガスタービン・システム内の高温ガス流路構成部品を冷却するための装置に関するものである。
ガスタービン・システムは発電などの様々な分野で広く利用されている。従来のガスタービン・システムは、圧縮機、燃焼器及びタービンを含む。ガスタービン・システムの運転中、システム内の様々な構成部品が高温の流れに曝され、それによって構成部品が故障する虞がある。流れの温度をより高くするとガスタービン・システムの性能、効率及びパワー出力が向上し、従って、流れの温度がより高いことがガスタービン・システムにおいて望ましいので、高温の流れに曝される構成部品は、流れの温度を高くしてガスタービン・システムを運転できるように冷却しなければならない。
高温の流れに曝される構成部品を冷却するために技術的に様々な方策が知られている。これらの構成部品は典型的には、高温ガス流路構成部品として知られている。例えば、高温ガス流路構成部品内には一連の内部冷却通路すなわち蛇行通路を形成することができる。これらの蛇行通路にはプレナム(plenum)から冷却流体を供給することができ、冷却流体は該通路の中を流れて、高温ガス流路構成部品の基材及び被覆を冷却することができる。しかしながら、この冷却方策では、典型的には、熱伝達率が比較的低く且つ構成部品の温度分布が不均一になる。
従って、技術的に高温ガス流路構成部品用の改良された冷却システムがあれば望ましいであろう。例えば、熱伝達率を高くし且つ温度分布を比較的均一にする冷却システムがあれば有益であろう。更に、冷却流体を冷却チャンネルに供給し、次いで冷却流体をチャンネルの中に流れさせて、カバー層を冷却するために、熱伝達率を高くし且つ温度分布を比較的均一にするように背面衝突冷却を利用する冷却システムがあれば有益であろう。
本発明の様々な面及び利点は、一部は以下に説明し、又は以下の説明から明らかになり、又は本発明の実施により習得されよう。
一実施形態において、高温ガス流路構成部品用の冷却システムが開示される。本冷却システムは構成部品層及びカバー層を含むことができる。前記構成部品層は第１の内側の表面及び第２の外側の表面を含むことができる。前記第２の外側の表面には複数のチャンネルを設けることができる。前記構成部品層には更に、概ね前記第１の内側の表面と前記第２の外側の表面との間に延在する複数の通路を設けることができる。前記複数のチャンネルの各々は、前記複数の通路の少なくとも１つに流体接続することができる。前記カバー層は前記構成部品層の前記第２の外側の表面に隣接して配置することができる。前記複数の通路は、冷却媒体を前記複数のチャンネルへ流れさせて、前記カバー層に対して衝突冷却をもたらすように構成することができる。前記複数のチャンネルは、その中に冷却媒体を流れさせて、前記カバー層を冷却するように構成することができる。
本発明のこれらの及び他の特徴、面及び利点は、以下の説明及び「特許請求の範囲」の記載を参照するとより良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に取り入れられて明細書の一部を構成するが、本発明の実施形態を例示していて、以下の説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
以下の説明では、当業者を対象として、最良の実施形態を含む本発明の完全で実現可能な開示を、添付の図面を参照して行う。
次に本発明の実施形態について詳しく説明するが、実施形態の１つ以上の例を図面に示している。各例は本発明の説明のためであって、本発明を制限するものではない。実際に、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明内で様々な修正及び変形を為しうることが当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示し又は記述した特徴を別の実施形態に用いて、更に別の実施形態を作ることが可能である。従って、本発明は特許請求の範囲内に入るこのような修正及び変形並びにそれらの等価なものを包含するものとする。
図１はガスタービン・システム１０の概略図である。システム１０は、圧縮機１２と、燃焼器１４と、タービン１６と、燃料ノズル２０とを含むことができる。更に、システム１０は、複数の圧縮機１２と、複数の燃焼器１４と、複数のタービン１６と、複数の燃料ノズル２０とを含むことができる。圧縮機１２とタービン１６とはシャフト１８によって結合することができる。シャフト１８は単一のシャフトであっても、或いはシャフト１８を形成するために一緒に結合された複数のシャフト・セグメントより成るものであってもよい。
ガスタービン・システム１０は複数の高温ガス流路構成部品１００（図２参照）を含むことができる。高温ガス流路構成部品とは、システム１０の中を通る高温ガス流に少なくとも一部が曝されるシステム１０の任意の構成部品である。例えば、動翼組立体（回転翼又は回転羽根組立体としても知られている）、ノズル組立体（静翼又は静止羽根組立体としても知られている）、シュラウド組立体、移行流路部、保持リング、及び圧縮機排気部構成部品は、全て高温ガス流路構成部品である。しかしながら、本発明での高温ガス流路構成部品１００は上記の例に制限されず、高温ガス流に少なくとも一部が曝される任意の構成部品であってよいことが理解されよう。更に、本発明での高温ガス流路構成部品１００はガスタービン・システム１０の構成部品に制限されず、高温の流れに曝されることのある任意の機械部分又は機械構成部品であってよいことが理解されよう。
高温ガス流路構成部品１００が高温ガス流８０（図４参照）に曝されているとき、その高温ガス流路構成部品１００は高温ガス流８０によって加熱されて、該高温ガス流路構成部品１００を故障させる温度に達することがある。その場合、システム１０を高い温度の高温ガス流８０で動作させて、システム１０の効率及び性能を増大できるようにするためには、高温ガス流路構成部品１００のための冷却システムが必要である。
一般的に云えば、本発明の冷却システムは、高温ガス流路構成部品１００の表面に形成された一連の小さいチャンネル、すなわち、マイクロチャンネルを含む。高温ガス流路構成部品にはカバー層を設けることができる。チャンネルにはプレナムから冷却流体を供給することができ、冷却流体はチャンネルの中を流れて、カバー層を冷却することができる。更に、冷却システムは、冷却流体を冷却チャンネルに供給し、次いで冷却流体をチャンネルの中に流れさせて、高い熱伝達率で且つ比較的均一な温度分布でカバー層を冷却するために、背面衝突冷却を利用することができる。
図２は、本発明の高温ガス流路構成部品１００のための冷却システム１１０の模範的な一実施形態を示す。冷却システム１１０は、例えば、構成部品層１２０及びカバー層１２５を含むことができる。構成部品層１２０は第１の内側の表面１２２及び第２の外側の表面１２４を含むことができる。カバー層１２５は第１の内側の表面１２７及び第２の外側の表面１２９を含むことができる。カバー層１２５は構成部品層１２０に隣接して配置することができる。例えば、カバー層１２５、例えば第１の内側の表面１２７を、構成部品層１２０の第２の外側の表面１２４に隣接して配置することができる。
構成部品層１２０には複数のチャンネル１３０を設けることができる。これらのチャンネルは、その中に冷却媒体９０を流れさせて、カバー層１２５及び構成部品層１２０を冷却するように構成することができる。例えば、複数のチャンネル１３０は構成部品層１２０の第２の外側の表面１２４に設けることができる。チャンネル１３０の中を流れる冷却媒体１９０が、構成部品層１２０に隣接して配置されたカバー層１２５の傍を流れてカバー層１２５に接触することができる。従って、チャンネル１３０の中を流れる冷却媒体１９０は、対流冷却により熱をカバー層１２５から冷却媒体９０へ伝達することによって、構成部品層１２０と共にカバー層１２５を冷却することができる。
チャンネル１３０は、例えば、レーザ加工、ウォータージェット加工、電解加工（ＥＣＭ）、放電加工（ＥＤＭ）、フォトリソグラフィ、又は適切な寸法及び許容公差を持つチャンネルを提供することのできる任意の他の方法により、構成部品層１２０内に形成することができる。
チャンネル１３０は、深さ１３５を、約０．２ｍｍ（ミリメートル）〜約３ｍｍの範囲内に、例えば、約０．５〜約１ｍｍにすることができる。更に、チャンネル１３０は、幅１３７を、約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内に、例えば、約０．５〜約１ｍｍにすることができる。
図３に示されているような模範的な一実施形態では、例えば、複数のチャンネル１３０の各々は幅１３７及び長さ１３９を持つことができる。図３にチャンネル１３０ａ及び１３０ｄで示されているように、複数のチャンネル１３０の各々の幅１３７は該チャンネルの長さ１３９全体にわたってほぼ一定にすることができる。しかしながら、模範的な別の実施形態では、複数のチャンネル１３０の各々の幅１３７にはテーパを付けることができる。例えば、図３のチャンネル１３０ｂで示されているように、複数のチャンネル１３０の各々の幅１３７は、該チャンネル１３０の中の冷却媒体９０の流れの方向に、該チャンネル１３０の長さ１３９に沿って減少させることができる。しかしながら、この代わりに、図３のチャンネル１３０ｃで示されているように、複数のチャンネル１３０の各々の幅１３７は、該チャンネル１３０の中の冷却媒体９０の流れの方向に、該チャンネル１３０の長さ１３９に沿って増大させることができる。ここで、複数のチャンネル１３０の各々の幅１３７は該チャンネル１３０の長さ１３９全体にわたって任意の態様で変化させることができ、要望通りに減少及び増大させることができることが理解されよう。更に、様々なチャンネル１３０をほぼ一定の幅１３７にすることができると共に、他のチャンネル１３０の幅１３７にはテーパを付けることができることが理解されよう。
模範的な一実施形態では、複数のチャンネル１３０の各々は深さ１３５及び長さ１３９を持つ。複数のチャンネル１３０の各々の深さ１３５は該チャンネルの長さ１３９全体にわたってほぼ一定にすることができる。しかしながら、模範的な別の実施形態では、複数のチャンネル１３０の各々の深さ１３５はテーパを付けることができる。例えば、複数のチャンネル１３０の各々の深さ１３５は、該チャンネル１３０の中の冷却媒体９０の流れの方向に、該チャンネル１３０の長さ１３９に沿って減少させることができる。しかしながら、この代わりに、複数のチャンネル１３０の各々の深さ１３５を、該チャンネル１３０の中の冷却媒体９０の流れの方向に、該チャンネル１３０の長さ１３９に沿って増大させることができる。ここで、複数のチャンネル１３０の各々の深さ１３５は、該チャンネル１３０の長さ１３９全体にわたって任意の態様で変化させることができ、要望通りに減少及び増大させることができることが理解されよう。更に、複数のチャンネル１３０の幾分かをほぼ一定の深さ１３５にすることができると共に、その他のチャンネル１３０の深さ１３５にはテーパを付けることができることが理解されよう。
チャンネル１３０は、その断面を任意の幾何学的形状、例えば、矩形、三角形、楕円形、又はチャンネルの中を通る冷却媒体の流れを容易にする任意の他の幾何学的形状にすることができる。ここで、複数のチャンネル１３０の幾分かを或る特定の幾何学的形状の断面にし、その他のチャンネル１３０を別の幾何学的形状の断面にすることができることが理解されよう。
チャンネル１３０は全体的に真っ直ぐなチャンネルとすることができ、或いは全体的に湾曲した、又は正弦状の、又は蛇行したチャンネルとすることができる。チャンネル１３０は、冷却媒体９０が高温ガス流８０に対して任意の方向に該チャンネル１３０の中を又はその任意の部分の中を流れるように配向することができる。例えば、冷却媒体９０はチャンネル１３０又はその任意の部分の中を高温ガス流８０に対して概ね下流方向に、又は高温ガス流８０に対して概ね上流方向に、又は高温ガス流８０に対して任意の他の方向に流れさせることができる。更に、図６に示されているように、冷却媒体９０はチャンネル１３０の中を複数の方向に流れさせることができる。
一実施形態では、図３にチャンネル１３０ａで示されているように、複数のチャンネル１３０の各々は実質的に滑らかの表面、例えば、実質的に滑らかのチャンネル表面１３２及び側壁１３４を持つことができる。例えば、複数のチャンネル１３０の各々のチャンネル表面１３２及び側壁１３４は、突起、窪み、又は表面のざらつきが実質的に又は完全に無いものとすることができる。代替実施形態では、図３にチャンネル１３０ｄで示されているように、複数のチャンネル１３０の各々は、チャンネル表面１３２及び側壁１３４のような表面に、複数の表面造作物１３３を含むことができる。これらの表面造作物１３３は、チャンネル表面１３２又は側壁１３４から延在する個別の突起であってよい。更に、表面造作物１３３はチャンネル表面１３２と側壁１３４との間に延在することができる。例えば、表面造作物１３３は、フィン(fin) 形突起、円筒形突起、リング形突起、Ｖ字形突起、チャンネル１３０内に形成された網目状溝の間の隆起部分、又はそれらの任意の組合せ、並びに任意の他の適当な幾何学的形状を含むことができる。表面造作物１３３の寸法は、チャンネル１３０についての幾何学的制約を満足させながら、構成部品層１２０及びカバー層１２５の冷却を最適にするように選択することができることが理解されよう。更に、表面造作物は、チャンネル表面１３２にだけ、又は側壁１３４にだけ、又はチャンネル表面１３２及び側壁１３４の両方に設けることができることが理解されよう。また、表面造作物１３３は、実施形態によっては、カバー層１２５の内側の表面１２７に設けることができることが理解されよう。
実施形態によっては、複数のチャンネルの各々は単一の個別のチャンネルとすることができる。しかしながら、他の実施形態では、複数のチャンネルの各々、又は複数チャンネルの任意の部分は、１つのチャンネルから分岐して複数のチャンネル枝路１３０を形成することができる。更に、実施形態によっては、複数のチャンネル１３０は高温ガス流路構成部品１００の外周全体を囲むように設けることができ、或いは高温ガス流路構成部品１００の外周の一部分のみを囲むように設けることができることが理解されよう。しかしながら、複数のチャンネルの各々は一般に他のどのチャンネル１３０とも交差しないことを理解されたい。
構成部品層１２０には更に、複数の通路１４０を設けることができる。これらの通路１４０は概ね構成部品層１２０を貫通して、例えば、第１の内側の表面１２２と第２の外側の表面１２４との間に延在することができる。通路１４０はチャンネル１３０に流体接続することができる。例えば、複数のチャンネル１３０の各々を複数の通路１４０の少なくとも１つに流体接続することができる。更に、図７に示されているような模範的な実施形態では、複数のチャンネル１３０の各々を複数の通路１４０に流体接続することができる。これらの通路１４０は冷却媒体９０をチャンネル１３０へ流すように構成することができる。例えば、図４に示されているように、少なくとも１つの冷却回路１６０を高温ガス流路構成部品１００の内部に画成し又はその近くに設けること、例えば、構成部品層１２０の第１の内側の表面１２２の近くに画成することができる。少なくとも１つの冷却回路１６０には通路１４０を流体接続することができる。冷却回路１６０には、通路１４０及びチャンネル１３０内の圧力よりも一般に高い圧力で冷却媒体９０が流れるようにすることができる。この圧力差により、冷却回路１６０内に含まれている冷却媒体９０の一部分が通路１４０に流入し該通路１４０の中を通り、次いで通路１４０からチャンネル１３０に入ってその中を流れることができる。
更に、複数の通路１４０の各々は、カバー層１２５に対して衝突冷却を行うように構成することができる。例えば、通路１４０は、構成部品層１２０内でカバー層１２５の第１の内側の表面１２７に対して概ね垂直に配向することができる。従って、冷却媒体９０が通路１４０の中を流れてチャンネル１３０に供給されるとき、冷却媒体９０は通路１４０から排出されてカバー層１２５の第１の内側の表面１２７に衝突し、カバー層１２５の衝突冷却をもたらす。
冷却媒体９０がチャンネル１３０の中を流れて、カバー層１２５及び構成部品層１２０を冷却した後、冷却媒体９０はチャンネル１３０から排出することができる。例えば、図４に示されているような一実施形態では、冷却媒体９０は構成部品層１２０の第１の内側の表面１２２の近くに排出することができる。複数の通路１４０が複数の第１の通路１４０であるとして、構成部品層１２０には更に複数の第２の通路１４２を設けることができる。これらの第２の通路１４２は、複数のチャンネル１３０から冷却媒体９０の流れを受け取って、該冷却媒体９０を構成部品層１２０の第１の内側の表面１２２の近くに排出するように構成することができる。例えば、第１の通路１４０と同様に、第２の通路１４２は、構成部品層１２０の概ね第１の内側の表面１２２と第２の外側の表面１２４との間に延在することができ、またチャンネル１３０に流体接続することができる。更に、少なくとも１つの冷却回路１６０が第１の冷却回路１６０であるとして、少なくとも１つの第２の冷却回路１６２を高温ガス流路構成部品１００の内部に画成し又はその近くに設けること、例えば、構成部品層１２０の第１の内側の表面１２２の近くに画成することができる。第２の冷却回路１６２は、冷却媒体９０の流れの方向において第１の冷却回路１６０の概ね下流に配置することができる。第２の通路１４２を少なくとも１つの第２の冷却回路１６２に流体接続することができる。第２の冷却回路１６２は第１の冷却回路１６０の概ね下流に配置されているので、第１の通路１４０、チャンネル１３０及び第２の通路１４２の中の圧力よりも概ね低い圧力で、冷却媒体９０が第２の冷却回路１６２に流れることができる。この圧力差により、チャンネル１３０の中を流れる冷却媒体１９０がチャンネル１３０から第２の通路１４２に流入して第２の通路１４２の中を流れ、次いで第２の通路１４２から第１の内側の表面１２２の近くに、例えば、第２の冷却回路１６２の中へ排出することができる。ここで、各チャンネル１３０は複数の第２の通路１４２の１つ以上に接続できることを理解されたい。更に、第２の通路１４２はチャンネル１３０に対して任意の角度で配向することができることを理解されたい。また、第２の通路１４２は、概ね円形又は楕円形の断面、概ね矩形の断面、概ね三角形の断面、或いは任意の他の適当な多角形断面を持つことができることを理解されたい。
また、図５、６及び７に示されているような別の実施形態では、冷却媒体９０はカバー層１２５の近くに、例えば、カバー層１２５の第２の外側の表面１２９の近くに排出することができる。例えば、カバー層１２５には複数の排出通路１４６を設けることができる。複数の排出通路１４６の各々は、複数のチャンネル１３０からの冷却媒体９０を流れさせて、冷却媒体９０をカバー層１２５の第２の外側の表面１２９の近くに排出するように構成することができる。例えば、排出通路１４６は概ね第１の内側の表面１２７とカバー層１２５の第２の外側の表面１２９との間に延在することができ、且つチャンネル１３０に流体接続することができる。高温ガス流８０が、通路１４０及びチャンネル１３０の中の圧力よりも一般に低い圧力で、カバー層１２５の第２の外側の表面１２９の傍らを流れることができる。この圧力により、チャンネル１３０の中を流れる冷却媒体１９０がチャンネル１３０から排出通路１４６に流入して該排出通路１４６の中を通り、次いで排出通路１４６からカバー層１２５の第２の外側の表面１２９の近くに排出することができる。冷却媒体９０は排出通路１４６から高温ガス流８０の流路の近くに又は該流路の中へ排出することができる。従って、一実施形態では、排出通路１４６から排出された冷却媒体９０は、高温ガス流路構成部品１００に隣接して（例えば、カバー層１２５の第２の外側の表面１２９に隣接して）冷却膜を形成することができ、また高温ガス流路構成部品に対して膜冷却を行うことができる。ここで、各チャンネル１３０は複数の排出通路１４６の１つ以上に接続することができることを理解されたい。更に、排出通路１４６はチャンネル１３０に対して任意の角度で配向することができることを理解されたい。また、排出通路１４６は、概ね円形又は楕円形の断面、概ね矩形の断面、概ね三角形の断面、或いは任意の他の適当な多角形断面を持つことができることを理解されたい。
また代替態様として、冷却媒体９０はチャンネル１３０から直接排出することができる。例えば、高温ガス流路構成部品１００は先端部分を含むことができ、該先端部分にチャンネル１３０を流体接続することができる。冷却媒体９０がチャンネル１３０から先端部分を通って外へ出て、高温ガス流８０の流路の近くに又は該流路の中へ直接に流れることができる。
構成部品層１２０及びカバー層１２５は各々、基材又は被覆のような単一の材料で構成することができ、或いは複数の基材又は被覆のような複数の材料で構成することができる。例えば、図２、４、５、６及び７に示されているような模範的な一実施形態では、構成部品層１２０は構成部品基材１５０で構成することができる。高温ガス流路構成部品１００に使用される基材１５０は典型的には、例えば、ニッケル基超合金、コバルト基超合金又は鉄基超合金である。これらの合金は鋳造又は鍛造超合金であってよい。本発明で構成部品基材１５０は上記材料に制限されず、任意の高温ガス流路構成部品に使用される任意の材料であってよいことが理解されよう。
更に、図２に示されているように、カバー層１２５は金属被覆１５２を有することができる。実施形態の模範的な一面では、金属被覆１５２は、金属又は金属合金をベースとした被覆、例えば、ニッケル・ベースの、コバルト・ベースの、鉄ベースの、亜鉛ベースの、又は銅ベースの被覆とすることができる。
また代替態様として、カバー層１２５は結合被覆１５４を有することができる。結合被覆１５４は任意の適切な結合材であってよい。例えば、結合被覆１５４は化学組成ＭＣｒＡｌ（Ｘ）を持つことができる。ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉ並びにそれらの組合せから成る群から選択された成分であり、また、（Ｘ）は、ガンマ・プライム・フォーマーと、（例えば、Ｔａ、Ｒｅ及び（Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉのような）反応性元素より成る）固溶体補強材と、（ Ｂ、Ｃ、及びそれらの組合せより成る）粒界補強材とを含む群から選択された成分である。結合被覆１５４は、例えば、（電子ビーム蒸着、イオン・プラズマ・アーク蒸着、又はスパッタリングのような）物理蒸着法、或いは（空気プラズマ溶射、高速ガス式溶射又は低圧プラズマ溶射のような）溶射法により、高温ガス流路構成部品１００に適用することができる。その代わりに、結合被覆１５４は、化学組成ＮｉＡｌ又はＰｔＡｌを持つ被覆のような拡散アルミナイド結合被覆とすることができ、また結合被覆１５４は、例えば、気相アルミナイド法又は化学蒸着法により、高温ガス流路構成部品１００に適用することができる。
代替態様として、カバー層１２５は断熱被覆（ＴＢＣ）１５６を有することができる。ＴＢＣ１５６は任意の適切な断熱材であってよい。例えば、ＴＢＣ１５６はイットリア安定化ジルコニアとすることができ、また物理蒸着法又は溶射法により高温ガス流路構成部品１００に適用することができる。この代わりに、ＴＢＣ１５６は、セラミック（例えば、ＩＶ属、Ｖ属及びＶＩ属元素から形成された酸化物のような他の耐火性酸化物によって改質されたジルコニアの薄い層、又はＬａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｙｂなどのようなランタニド系元素によって改質された酸化物など）とすることができる。
他の模範的な実施形態では、前に述べたように、構成部品層１２０及びカバー層１２５は各々、複数の基材及び被覆のような複数の材料で構成することができる。例えば、図８に示されているような一実施形態では、構成部品層１２０は構成部品基材１５０及び結合被覆１５４を有することができる。構成部品基材１５０は第１の内側の層１２２を含むことができ、また結合被覆１５４は第２の外側の層１２４を含むことができる。この場合、結合被覆１５４に複数のチャンネル１３０を設けることができる。更に、図８に示されているように、カバー層１２５はＴＢＣ１５６で構成することができる。
図９に示されているような一実施形態では、構成部品層１２０は、構成部品基材１５０、結合被覆１５４及び第１のＴＢＣ１５６を有することができる。構成部品基材１５０は第１の内側の層１２２を含むことができ、第１のＴＢＣ１５６は第２の外側の層１２４を含むことができる。この場合、第１のＴＢＣ１５６に複数のチャンネル１３０を設けることができる。更に、図９に示されているように、カバー層１２５は第２のＴＢＣ１５８で構成することができる。
更に、図２に示されているように、冷却システム１１０は、カバー層１２５の近くに配置されたＴＢＣ１５６を含むことができる。更に、図２に示されているように、冷却システム１１０は、ＴＢＣ１５６とカバー層１２５との間に配置された結合被覆１５４を含むことができる。この代わりに、カバー層１２５は金属被覆１５２、結合被覆１５４及びＴＢＣ１５６を含むことができる。
本書で述べたようなチャンネル１３０及び通路１４０を利用することによって、本発明の冷却システム１１０は、高い熱伝達率で且つ温度分布を比較的均一にして高温ガス流路構成部品１００を冷却する。従って、本発明の冷却システム１１０は、高温ガス流路構成部品１００の寿命を長くすることができ、また構成部品１００をより高い温度の高温ガス流８０に対して利用できるようにして、システム１０の性能及び効率を増大させることができる。
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し且つ任意の採用した方法を遂行すること含めて本発明を実施することができるようにするために、幾つかの例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものとする。
１０ ガスタービン・システム
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 燃料ノズル
８０ 高温ガス流
９０ 冷却媒体
１００ 高温ガス流路構成部品
１１０ 冷却システム
１２０ 構成部品層
１２２ 第１の内側の表面
１２４ 第２の外側の表面
１２５ カバー層
１２７ 第１の内側の表面
１２９ 第２の外側の表面
１３０ チャンネル
１３２ チャンネル表面
１３３ 表面造形部
１３４ 側壁
１３５ 深さ
１３７ 幅
１３９ 長さ
１４０ 第１の通路
１４２ 第２の通路
１４６ 排出通路
１５０ 構成部品基材
１５２ 金属被覆
１５４ 結合被覆
１５６ 第１の断熱被覆
１５８ 第２の断熱被覆
１６０ 第１の冷却回路
１６２ 第２の冷却回路
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 燃料ノズル
８０ 高温ガス流
９０ 冷却媒体
１００ 高温ガス流路構成部品
１１０ 冷却システム
１２０ 構成部品層
１２２ 第１の内側の表面
１２４ 第２の外側の表面
１２５ カバー層
１２７ 第１の内側の表面
１２９ 第２の外側の表面
１３０ チャンネル
１３２ チャンネル表面
１３３ 表面造形部
１３４ 側壁
１３５ 深さ
１３７ 幅
１３９ 長さ
１４０ 第１の通路
１４２ 第２の通路
１４６ 排出通路
１５０ 構成部品基材
１５２ 金属被覆
１５４ 結合被覆
１５６ 第１の断熱被覆
１５８ 第２の断熱被覆
１６０ 第１の冷却回路
１６２ 第２の冷却回路
Claims (10)
- 高温ガス流路構成部品（１００）のための冷却システム（１１０）であって、
当該冷却システム（１１０）は構成部品層（１２０）とカバー層（１２５）とを有していて、
前記構成部品層（１２０）は第１の内側の表面（１２２）及び第２の外側の表面（１２４）を含み、前記第２の外側の表面（１２４）には複数のチャンネル（１３０）が設けられており、更に前記構成部品層（１２０）には、概ね前記第１の内側の表面（１２２）と前記第２の外側の表面（１２４）との間に延在する複数の通路（１４０）が設けられており、前記複数のチャンネル（１３０）の各々が、前記複数の通路（１４０）の少なくとも１つに流体接続されており、また
前記カバー層（１２５）は前記構成部品層（１２０）の前記第２の外側の表面（１２４）に隣接して配置されており、
前記複数の通路（１４０）が、冷却媒体（９０）を前記複数のチャンネル（１３０）へ流れさせて、前記カバー層（１２５）に対して衝突冷却をもたらすように構成されており、また前記複数のチャンネル（１３０）が、その中に冷却媒体を流れさせて、前記カバー層（１２５）を冷却するように構成されていること、
を特徴とする冷却システム（１１０）。 - 前記構成部品層（１２０）は構成部品基材（１５０）で構成されている、請求項１記載の冷却システム（１１０）。
- 前記カバー層（１２５）は金属被覆（１５２）又は結合被覆（１５４）又は断熱被覆（１５６）である、請求項１又は２記載の冷却システム（１１０）。
- 更に、前記カバー層（１２５）に隣接して配置された断熱被覆（１５６）を有している請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却システム（１１０）。
- 更に、前記断熱被覆（１５６）と前記カバー層（１２５）との間に結合被覆（１５４）が配置されている請求項４記載の冷却システム（１１０）。
- 前記構成部品層（１２０）は構成部品基材（１５０）及び結合被覆（１５４）を有しており、前記複数のチャンネル（１３０）が前記結合被覆（１５４）内に設けられている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却システム（１１０）。
- 前記構成部品層（１２０）は、構成部品基材（１５０）、結合被覆（１５４）及び第１の断熱被覆（１５６）を有しており、前記複数のチャンネル（１３０）が前記第１の断熱被覆（１５６）内に設けられている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却システム（１１０）。
- 前記複数の通路（１４０）が複数の第１の通路（１４０）であって、前記構成部品層（１２０）には更に複数の第２の通路（１４２）が設けられており、前記複数の第２の通路（１４２）の各々は、前記複数のチャンネル（１３０）の１つに流体接続されていて、前記チャンネル（１３０）からの冷却媒体（９０）を流れさせて該冷却媒体（９０）を前記構成部品層（１２０）の前記第１の内側の表面（１２２）の近くに排出するように構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷却システム（１１０）。
- 前記カバー層（１２５）には複数の排出通路（１４６）が設けられており、前記複数の排出通路（１４６）の各々は、前記複数のチャンネル（１３０）の１つに流体接続されていて、前記チャンネル（１３０）からの冷却媒体（９０）を流れさせて該冷却媒体（９０）を前記カバー層（１２５）の近くに排出するように構成されている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷却システム（１１０）。
- 冷却媒体（９０）が前記複数のチャンネル（１３０）から直接に排出される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の冷却システム（１１０）。
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