JP2018009570A

JP2018009570A - 熱移動デバイス及び関係するタービンエーロフォイル

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Publication number: JP2018009570A
Application number: JP2017126839A
Authority: JP
Inventors: ロバート・フランク・ホスキン; Frank Hoskins Robert; ジェームズ・アルバート・トールマン; James Albert Tallman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: US10605093B2; US20180016916A1; CN107605539A; DE102017115458A1; CN107605539B; JP7109890B2

Abstract

【課題】熱移動デバイス及び関係するタービンエーロフォイルを提供すること。【解決手段】様々な実施形態は、熱移動デバイスを含み、その一方、他の実施形態は、タービン構成要素を含む。場合によっては、デバイスは、内側表面及び外側表面を有し、内側表面が内側領域を画定する、本体部分と、流体を内側領域から本体部分を通して方向付けるために位置決めされた、本体部分の中の少なくとも１つのアパーチャと、本体部分の外側表面に形成され、ポストインピンジメント流体を少なくとも１つのアパーチャから受容するために位置決めされた少なくとも１つの流体受容特徴部と、を含むことができ、少なくとも１つのアパーチャは、少なくとも１つの流体受容特徴部のどんな部分も画定せず、少なくとも１つの流体受容特徴部は、インピンジメントクロスフロー領域の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体を分離する。【選択図】図１

Description

本開示は、熱移動に関する。より詳細には、本発明は、タービンエーロフォイルなどの物品から熱を移動させるための熱移動デバイス及び提案に向けられている。

タービンシステムは、効率の向上と費用の低下のために継続的に修正されている。タービンシステムの効率を増大させる１つの方法は、タービンシステムの動作温度を上昇させることを含む。しかしながら、長期の期間中に高温で動作することは、それらの条件に耐え得るより新しい材料を使用することをしばしば要求する。

構成要素の材料及び被覆を修正することに加えて、タービン構成要素の温度能力を増大させる１つの一般的な方法は、インピンジメント冷却を使用することを含む。インピンジメント冷却は、冷却流体を１つ又は複数のアパーチャを通して物品の内側領域の中に方向付けることを一般に含み、冷却流体は、物品の内側表面に接触（即ち、衝突）し、それによって物品が冷却される。物品の内側表面への衝突後に、ポストインピンジメント流体は、衝突した表面から遠ざかるように典型的に方向付けされて、内側領域の中にはクロスフローが作り出される。

通常、クロスフローは、ポストインピンジメント壁面噴流として当技術分野で公知のより高速のポストインピンジメント流体と、壁面噴流の間の及びそれに隣接したより低速の流体と、を含む。より高速の流体とより低速の流体の混合は通常、非効率的なやり方で起きて、比較的大きな圧力損失をクロスフローの中に引き起こし、例えば、クロスフローは、比較的低い圧力水頭を有して、追加又は逐次のインピンジメント冷却などの追加機能を提供する。比較的低い圧力水頭は、追加の冷却空気を必要とする場合があり、望ましいことではない。

米国特許第８４０３６３１号公報

様々な実施形態は、熱移動デバイスを含み、その一方、他の実施形態は、エーロフォイルなどのタービン構成要素を含む。場合によっては、デバイスは、内側表面及び外側表面を有し、内側表面が内側領域を画定する、本体部分と、流体を内側領域から本体部分を通して方向付けるために位置決めされた、本体部分の中の少なくとも１つのアパーチャと、本体部分の外側表面に形成され、ポストインピンジメント流体を少なくとも１つのアパーチャから受容するために位置決めされた少なくとも１つの流体受容特徴部と、を含むことができ、少なくとも１つのアパーチャは、少なくとも１つの流体受容特徴部のどんな部分も画定せず、少なくとも１つの流体受容特徴部は、インピンジメントクロスフロー領域の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体を分離する。

本開示の第１の態様は、内側表面及び外側表面を有し、内側表面が内側領域を画定する、本体部分と、流体を内側領域から本体部分を通して方向付けるために位置決めされた、本体部分の中の少なくとも１つのアパーチャと、本体部分の外側表面に形成され、ポストインピンジメント流体を少なくとも１つのアパーチャから受容するために位置決めされた少なくとも１つの流体受容特徴部と、を含むデバイスであって、少なくとも１つのアパーチャは、少なくとも１つの流体受容特徴部のどんな部分も画定せず、少なくとも１つの流体受容特徴部は、インピンジメントクロスフロー領域の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体を分離する、デバイスを含む。

本開示の第２の態様は、内側表面及び外側表面を有する本体部分であって、内側表面が、内側領域を画定し、内側領域が、第１の容積を有する第１のセットの通路と、第１のセットの通路と流体結合される第２のセットの通路と、を含み、第２のセットの通路が、第１の容積とは異なる第２の容積を有する、本体部分と、流体を第２のセットの通路から本体部分を通して外側表面まで方向付けるために位置決めされた、本体部分の中の少なくとも１つのアパーチャと、を含むタービン構成要素を含む。

本開示の第３の態様は、内側表面及び外側表面を有する本体部分であって、内側表面が、内側領域を画定する、本体部分と、流体を内側領域から本体部分を通して方向付けるために位置決めされた、本体部分の中の少なくとも１つのアパーチャと、本体部分の外側表面に形成され、ポストインピンジメント流体を少なくとも１つのアパーチャから受容するために位置決めされた少なくとも１つの流体受容特徴部と、を含むデバイスであって、少なくとも１つの流体受容特徴部は、インピンジメントクロスフロー領域の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体を分離する、デバイスを含む。

本開示の様々な実施形態に係る物品の前方斜視図である。本開示の様々な実施形態に係る、２−２方向に沿った、図１の物品の断面図である。本開示の様々な実施形態に係るデバイスの斜視図である。本開示の様々な実施形態に係るデバイスの一部分の後方斜視図である。本開示の様々な実施形態に係る物品の内部の流れプロファイルを示す、物品の一部分の前方斜視図である。本開示の様々な実施形態に係る、図５に示した流れプロファイルの平面図である。本開示の様々な追加の実施形態に係る、図５に示した流れプロファイルの平面図である。従来のデバイスの内部の流れプロファイルの概略図である。本開示の様々な追加の実施形態に係る物品の内部の流れプロファイルを示す、物品の一部分の前方斜視図である。本開示の様々な追加の実施形態に係る、図９に示した流れプロファイルの平面図である。本開示の様々な追加の実施形態に係る、１１−１１方向に沿った、図９の物品の断面図である。本開示の様々な追加の実施形態に係る物品の内部のデバイスの断面図である。本開示の様々な実施形態に係る、図１２のデバイスの斜視図である。本開示の様々な実施形態に係る物品の一断面の斜視図である。本開示の様々な実施形態に係る、図１４に示した断面Ａ−Ａを介した、図１４の物品の断面図である。本開示の様々な実施形態に係る、図１４の物品の内部の流体通路の概略図である。本開示の様々な実施形態に係る、図１６に示した断面Ｂ−Ｂを介した、図１４に示した物品の一部分の拡大破断図である。本開示の様々な実施形態に係る、断面Ｃ−Ｃを介した、図１７の物品の破断図である。物品の内部の流れ特性をなお一層図示している、図１４の物品の一部分の破断斜視図である。

可能な限り、同じ参照番号は、図面全体に亘って同じ部品を指すために使用されるであろう。本開示の様々な実施形態の他の特徴及び利点については、本開示の様々な態様を一例として示す添付の図面と関連して解釈される以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示の様々な実施形態は、物品を冷却するためのデバイスを含み、他方の実施形態は、物品を冷却する方法を含む。本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示した少なくとも１つの特徴を含んでいない概念と比べて、冷却効率を増大させ、クロスフローを軽減させ、クロスフローの劣化を減少させ、圧力損失を減少させ、圧力降下が減少しながら熱移動を増大させ、冷却流体の再使用を容易にし、連続的なインピンジメント冷却を容易にし、物品の寿命を増大させ、増大したシステム温度の使用を容易にし、システム効率を増大させ、又は、それらの組み合わせとなる。

図１〜図３は、物品１００（図１及び図２）及び物品１００内部に位置決めされたデバイス２００（図２及び３）の一実施形態を示す。物品１００及び／又はデバイス２００は、任意の適切な製造方法に従って形成される。適切な製造方法は、それに限定されないが、鋳造、機械加工、付加製造、又はそれらの組み合わせを含む。例えば、デバイス２００の付加製造は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、任意の他の付加製造技術、又は、それらの組み合わせを含むことがある。

図１を参照すると、一実施形態では、物品１００は、それに限定されないが、タービンバケット１０１（又はブレード）を含む。様々な実施形態では、タービンバケット１０１は、ガスタービンや蒸気タービンなどのタービンシステム内に設置されるように構成され、特定のステージの１セットのタービンバケット１０１のうちの１つであることがある。図示したように、タービンバケット１０１は、根元部分１１０、根元部分１１０と結合されたプラットホーム１２０、及びプラットホーム１２０と結合されたエーロフォイル部分１３０、を有する。根元部分１１０は、当技術分野で公知であるように、タービンバケット１０１をタービンシステム内で、例えば、ロータホイールなどに固定するように構成される。追加的に、根元部分１１０は、流体（例えば、熱移動流体）をタービンシステムから受容して、流体をエーロフォイル部分１３０の中に方向付けるように構成される。

図２及び３に転じると、デバイス２００は、内側表面２０３を有する本体部分２０１、内側表面に対向する外側表面２０５、内側表面２０３と外側表面２０５の間に延在する少なくとも１つのアパーチャ２０７を含む。本体部分２０１は、その中に形成された少なくとも１つの流体受容特徴部２０９を更に含む場合がある。様々な実施形態では、少なくとも１つのアパーチャ２０７は、少なくとも１つの流体受容特徴部２０９のどの部分も画定しない、即ち、それらは別々の構成要素である。デバイス２００の内側表面２０３は、内側領域２０４（例えば、内部チャネル又はチャンバなど）を画定し、内側領域２０４は、熱移動（例えば、冷却）流体をその中に受容するように構成される。デバイス２００が図２に示したように部品１００の中に位置決めされるとき、デバイス２００の外側表面２０５は、物品１００の内側壁１０３に面して、外側表面２０５と内側壁１０３の間に外側領域２０６（例えば、チャネル又はチャンバなど）を画定する。

少なくとも１つのアパーチャ２０７は、流体が内側領域２０４から本体部分２０１を通って外側領域２０６の中に流れるのを可能にするように位置決めされる。アパーチャ２０７のうちの少なくとも１つは、熱移動（例えば、冷却）流体を内側領域２０４から物品１００の内側壁１０３の方に方向付けるように構成（例えば、位置決め）される。追加的又は選択的に、ノズル２０８は、アパーチャ２０７のうちの少なくとも１つの上側に形成され、ノズル２０８は、本体部分２０１の外側表面２０５から（内側壁１０３の方へ）延びて、アパーチャ２０７を出て行く熱移動（例えば、冷却）流体の流れ経路を延長及び／又は修正する。ノズル２０８は、任意の適切な高さ（外側表面から延びる）及び／又は幾何学を有することがあり、それが、他のノズル２０８の個々について同じ、実質上同じ、又は異なる、ということがある。

図４を参照すると、一実施形態では、少なくとも１つのベルマウス４００は、本体部分２０１の内側表面２０３上に形成される。ベルマウス４００の個々は、１つ又は複数のアパーチャ２０７に流体結合され、熱移動（例えば、冷却）流体を内側領域２０４からそれに結合されたアパーチャ２０７に方向付けるように構成される。他の実施形態では、ベルマウス４００の傾斜した、段階付けした、及び／又は丸み付けした入口は、その中の流体の流れを容易にし、入口の特徴部又は移行部の無い他のアパーチャと比較して、アパーチャ２０７の入口損失が減少する。

追加的又は選択的に、２つ以上のベルマウス４００は、各アパーチャ２０７に対して結合されることがある。例えば、少なくとも１つのベルマウス４００は、一次ベルマウス４０１と、少なくとも１つの二次ベルマウス４０２と、を含むことがある。一次ベルマウス４０１は、アパーチャ２０７のうちの１つと整列し、熱移動（例えば、冷却）流体を内側領域２０４からそれと整列するアパーチャ２０７に直接方向付けるように構成される。二次ベルマウス４０２は、１つ又は複数の一次ベルマウス４０１に隣接し、熱移動（例えば、冷却）流体を内側領域２０４からそれと整列していない少なくとも１つのアパーチャ２０７に方向付けるように構成される。各二次ベルマウス４０２は、多数のアパーチャ２０７に注ぎ込むことができ、及び／又は、アパーチャ２０７のうちの１つには、多数の二次ベルマウス４０２が注ぎ込むことができる。アパーチャ２０７を多数のベルマウス４００に結合することによって、１つのベルマウス４００が部分的又は完全に遮断される場合に、他のベルマウス４００からの熱移動（例えば、冷却）流体は、遮断されたベルマウスからの熱移動（例えば、冷却）流体を補完及び／又は置換して、減少した内側半径４０５を有するアパーチャ２０７の使用を容易にする。

図５に図示したように、アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８（図４）を出て行く熱移動（例えば、冷却）流体は、内側壁１０３（部分的にだけ描いて示されている）に接触し、物品１００（図２）のインピンジメント冷却を提供する。アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８を出て行くとき、熱移動（例えば、冷却）流体は、プレインピンジメント流体流れ５０１を形成し、外側表面２０５から内側壁１０３の方に進む。内側壁１０３に接触するとき、プレインピンジメント流体流れ５０１は、インピンジメント流体流れ５０３を形成し、内側壁１０３に沿って進む。インピンジメント流体流れ５０３は、次いでポストインピンジメント流体流れ５０５を形成し、内側壁１０３から後ろのデバイス２００の外側表面２０５の方に進む。

当業者なら理解するであろうように、内側壁１０３に接触するとき、アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８の個々からのプレインピンジメント流体流れ５０１は、内側壁１０３に沿って進む多数のインピンジメント流体流れ５０３を形成する。図５及び図６を参照すると、多数のインピンジメント流体流れ５０３が、外側領域２０６のクロスフロー方向５１５（外側表面２０５を横切る流体流れの方向）に関して、垂直なインピンジメント流体流れ５１０又は平行なインピンジメント流体流れ５２０として概略が示されている。理論に縛られることを望まないが、考えられることは、対向する又は実質上対向する方向に進む２つ以上のインピンジメント流体流れ５０３の相互作用が、噴水領域又は壁面噴流を生じさせ、物品１００の内側壁１０３から遠ざかるように進むポストインピンジメント流体流れ５０５を形成するということである。例えば、アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８の一方から第１の方向に進むインピンジメント流体流れ５０３は、他のアパーチャ２０７及び／又はノズル２０８から対向する第２の方向に進むインピンジメント流体流れ５０３と相互作用することがあり、それによって、対向する方向に進むインピンジメント流体流れ５０３の相互作用が、アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８の間の壁面噴流を生じさせる。対向する方向に進む多数のインピンジメント流体流れ５０３が相互作用するとき、クロスフロー方向５１５に概略垂直又は概略平行であり得る多数の壁面噴流を形成することがある。

図５〜７に転じると、１つ又は複数の流体受容特徴部２０９は、ポストインピンジメント流体流れ５０５のうちの少なくとも１つからの冷却流体を受容するように構成される。一実施形態では、例えば、１つ又は複数の流体受容特徴部２０９は、ポストインピンジメント流体流れ５０５を受容するように構成される。他の実施形態では、図５及び６に示したように、流体受容特徴部２０９は、本体部分２０１の中に部分的に囲まれ、したがって、例えば、流体受容特徴部２０９は、本体部分２０１の中に少なくとも部分的に形成される。本体部分２０１の中に部分的に囲まれるとき、流体受容特徴部２０９は、外側表面２０５を貫く開口５０７を含み、開口５０７は、流体受容特徴部２０９と比較して、減少した（小さめの）寸法を有する。別の実施形態では、流体受容特徴部２０９は、開口５０７を通り抜けるポストインピンジメント流体流れ５０５を保持する又は実質上保持する。本明細書で使用するとき、用語「保持する（ｒｅｔａｉｎｓ）」は、（例えば、インピンジメント流れの退出後に）流体受容特徴部２０９に入ってそこに留まるポストインピンジメント流体５０５の少なくとも９５％を指す場合がある。追加的に、本明細書で使用するとき、用語「実質上保持する（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙｒｅｔａｉｎｓ）」は、流体受容特徴部２０９に入ってそこに留まるポストインピンジメント流体５０５の少なくとも８０％を指す場合がある。他の実施形態では、開口５０７を通り抜けた後に流体受容特徴部２０９の中に留まるポストインピンジメント流体５０５の量は、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、６０％から８０％の間、７０％から８０％の間、又は任意の組み合わせ、部分組み合わせ、範囲、又はその部分範囲である。

他の実施形態では、図７に図示したように、流体受容特徴部２０９は、本体部分２０１の中に形成されるが、それによって囲まれることはない。本体部分２０１によって囲まれないとき、ポストインピンジメント流体５０５は、流体受容特徴部２０９に入って、その中で再方向付けされ、プレインピンジメント流体流れ５０１に垂直以外の方向に流体受容特徴部２０９から出る。対照的に、その一例が図８に示されている現在のインピンジメント冷却デバイスのポストインピンジメント流体流れ５０５は、外側表面２０５に接触し、外側表面２０５に沿って進み、その後、概略垂直な方向にプレインピンジメント流体流れ５０１と交差８０１する。この従来技術の構成と比較すると、保持すること、実質上保持すること、及び／又は、ポストインピンジメント流体流れ５０５を再方向付けすることによって、本明細書に開示した少なくとも１つの実施形態に従って形成された流体受容特徴部２０９は、外側領域２０６のクロスフローを減少させ、圧力降下及び／又はプレインピンジメント流体流れ５０１の劣化を減少させ、或いは、それらの組み合わせとなる。即ち、流体受容特徴部２０９は、インピンジメントクロスフロー領域（外側領域２０６）の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体５０５を分離することができる。減少したクロスフロー及び／又は減少した圧力降下は、冷却効率を増大させ、増大したシステム温度の使用を容易にし、システム効率を増大させ、又は、それらの組み合わせができる。

図５〜７に戻ると、一実施形態では、流体受容特徴部２０９は、チャネルや窪みなどの流体方向付け特徴部５３０を含む。他の実施形態では、流体方向付け特徴部５３０は、流体受容特徴部２０９の中に形成された突起５３１を含む。例えば、突起５３１は、流体受容特徴部２０９の表面から延びると共に流体受容特徴部２０９に入る流体を方向付けるための任意の適切な幾何学を有する隆起した部分を含むことがある。１つの適切な幾何学は、三角形及び／又は半円形の隆起した部分を含む。他の適切な幾何学は、それに限定されないが、多角形、長円、丸いもの、又はそれらの組み合わせを含む。他の実施形態では、図９及び１０に図示したように、流体方向付け特徴部５３０は、流体受容特徴部２０９の開口５０７の中に位置決めされたターニングベーン９３１を含む。ターニングベーン９３１は、ポストインピンジメント流体流れ５０５を受容して、所望の流れ経路を備えた流体受容特徴部２０９の中に流れを方向付ける。これらの実施形態では、図５〜７に関して論述したように、流体受容特徴部２０９（例えば、流体方向付け特徴部２３０を含めて）は、インピンジメントクロスフロー領域（外側領域２０６）の中で比較的低速の流体（プレインピンジメント流体流れ５０１）から比較的高速のポストインピンジメント流体５０５を分離することができる。

追加的又は選択的に、アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８は、流体を流体受容特徴部２０９の中に向けるように構成することができる。例えば、一実施形態では、図１１に図示したように、ノズル２０８を貫通する通路１１０３は、本体部分２０１の外側表面２０５に関して角度付けされる。他の実施形態では、通路１１０３の角度１１０５は、流体をクロスフロー方向５１５に部分的に向ける。通路１１０３の角度１１０５は、冷却流体を物品１００の内側壁１０３の方に向けるために、垂直（即ち、外側表面２０５に関して９０度）以外の任意の適切な角度を含む。通路１１０３の適切な角度１１０５は、外側表面２０５に関して、それに限定されないが、６０度から８９度の間、７０度から８９度の間、７０度から８５度の間、７５度から８９度の間、７５度から８５度の間、７５度から８０度の間、又は任意の組み合わせ、部分組み合わせ、範囲、又はその部分範囲を含む。そのうえ、アパーチャ２０７は、その上に位置決めされるノズル２０８を備えて又は備えずに、同様に角度付けすることができる。

プレインピンジメント流体流れ５０１をクロスフロー方向５１５に垂直又は実質上垂直に向ける外側表面２０５に垂直である通路１１０１と対照的に、通路１１０３の角度１１０５は、プレインピンジメント流体流れ５０１をクロスフロー方向５１５に向ける。プレインピンジメント流体流れ５０１の一部分をクロスフロー方向５１５に向けることによって、通路１１０３の角度１１０５は、プレインピンジメント流体流れ５０１及びポストインピンジメント流体流れ５０５の双方のクロスフロー方向５１５の流体速度を増加させる。別の実施形態では、ポストインピンジメント流体流れ５０５の増加した流体速度は、流体受容特徴部２０９の中の流体速度を増加させ、今度はそれが、アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８を出て行く流体噴流から遠ざかるようにクロスフローを巻き込む。

或る種の実施形態では、ポストインピンジメント流体流れ５０５の受容後に、流体受容特徴部２０９は、流れを部品１００及び／又はデバイス２００の中の１つ又は複数の所定の場所に送る。例えば、一実施形態では、流体受容特徴部２０９は、その中に受容されたポストインピンジメント流体を物品１００の１つ又は複数のフィルム冷却穴１０４（例えば、物品の外側表面と面一又は実質上面一に形成されたフィルム冷却穴、例えば、図１及び図２）に送ることができる。他の実施形態では、流体受容特徴部２０９は、再使用及び／又は直列インピンジメント冷却構成のためにポストインピンジメント流体を送る。

タービンバケットに関して本明細書で主として説明したが、物品１００及びデバイス２００は、そういったものに限定されず、任意の他の適切な物品及び／又はデバイスを含むことができる。例えば、一実施形態では、図１２及び１３に図示したように、物品１００は、タービンシェル１２０１を含み、デバイス２００は、（例えば、湾曲した及び／又は円筒形の）インピンジメントスリーブ１２０３を含む。インピンジメントスリーブ１２０３は、その中に形成された複数のアパーチャ２０７を含むことができ、アパーチャ２０７は、インピンジメントスリーブ１２０３を取り囲むタービンシェル１２０１の方に冷却流体を方向付けるように構成される。追加的に、円筒形のインピンジメントスリーブ１２０３は、その外側表面２０５に形成された少なくとも１つの流体受容特徴部２０９を含むことができる。アパーチャ２０７は、インピンジメントスリーブ１２０３の湾曲した外側表面２０５からタービンシェル１２０１の湾曲した表面に熱移動（例えば、冷却）流体を方向付けて、もとのインピンジメントスリーブ１２０３の流体受容特徴部２０９の中に方向付けされた壁面噴流を形成するように構成される。他の適切な物品は、それに限定されないが、中空の構成要素、高温ガス経路構成要素、シュラウド、ノズル、ベーン、又はそれらの組み合わせを含む。他の適切な物品のどれについても、デバイス２００の幾何学は、物品１００の中のデバイス２００の位置決めを容易にするように選択される。

図１４は、様々な実施形態に係る物品（タービンエーロフォイルなどのタービン構成要素）１４００の一部分の概略斜視図を示す。図１５は、線Ａ−Ａを介した構成要素１４００の断面を示す。示したように、タービン構成要素１４００は、内側表面１４０４及び外側表面１４０６を有する本体部分１４０２を含み、内側表面１４０４は、内側領域１４０５を画定する。内側領域１４０５は、第１の容積を有する第１のセットの通路１４１０と、第１のセットの通路１４１０と流体結合される第２のセットの通路１４０８と、を含む場合があり、第２のセットの通路１４０８は、第１の容積とは異なる第２の容積を有する。通路１４０８及び１４１０は、それらの通路１４０８、１４１０間の流体連結（例えば、通路１４０８、１４１０間の空間的関係及び相互連結）を図示している図１６に概略孤立して示されている。図１７は、図１５の線Ｂ−Ｂから見たタービン構成要素１４００（例えば、エーロフォイル）の一部分の拡大図を図示し、図１８は、図１７の線Ｃ−Ｃからのタービン構成要素１４００の断面図を示す。図１９は、タービン構成要素１４００の内部の流れ特性をなお一層図示している図１４のタービン構成要素１４００の一部分の破断斜視図を示す。図１４〜１８を参照すると、タービン構成要素１４００は、本体部分１４０２に少なくとも１つのアパーチャ１４１２を更に含んで示され、アパーチャ１４１２は、導管１４１６を通して流体（例えば、熱移動流体）を方向付けると共に内側表面１４０４上に衝突するために位置決めされる。

場合によっては、タービン構成要素１４００（例えば、タービンエーロフォイル）は、第１のセットの通路１４１０の個々を第２のセットの通路１４０８のうちの隣接する１つと連結する少なくとも１つの結合導管１４１４を更に含む。様々な実施形態によれば、熱移動流体は、導管１４１６を通って進み、内側表面１４０４上に衝突し、表面１４０４に沿って進み、次いで、本明細書で説明したような１つ又は複数の壁面噴流のポストインピンジメント流れとして表面１４０４から遠ざかるように進む。１つ又は複数の結合導管１４１４は、高速のポストインピンジメント流れを比較的低速のクロスフローから収集及び分離して、比較的高速の流れを第２のセットの通路１４０８の中に送るために位置することができる。

本発明について１つ又は複数の実施形態を参照して説明してきたが、当業者なら理解するであろうことは、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、等価なものでその要素を置き換えることができるということである。加えて、多くの修正について行うことができ、本発明の教示に対して、その本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況や材料が適合される。したがって、意図していることは、本発明が本発明を実施するために企図したベストモードとして開示した特定の実施形態に限定されないこと、しかし、本発明が添付した特許請求の範囲の範囲内に入る全ての実施形態を含むことである。加えて、詳細な説明で識別された全ての数値は、正確な値と近似の値が共に明白に識別されるかのように解釈するものとする。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
内側表面（２０３、１４０４）及び外側表面（２０５、１４０６）を有し、前記内側表面（２０３、１４０４）が内側領域（２０４、１４０５）を画定する、本体部分（２０１、１４０２）と、
流体を前記内側領域（２０４、１４０５）から前記本体部分（２０１、１４０２）を通して方向付けるために位置決めされた、前記本体部分（２０１、１４０２）の中の少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と、
前記本体部分（２０１、１４０２）の前記外側表面（２０５、１４０６）に形成され、ポストインピンジメント流体を前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）から受容するために位置決めされた少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）と、を含むデバイス（２００）であって、
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）は、前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）のどんな部分も画定せず、前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）は、インピンジメントクロスフロー領域の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体を分離する、デバイス（２００）。
［実施態様２］
前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）は、流体方向付け特徴部（２３０、５３０）を更に含む、実施態様１に記載のデバイス（２００）。
［実施態様３］
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記流体受容特徴部（２０９）の中に形成される、実施態様２に記載のデバイス（２００）。
［実施態様４］
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記流体受容特徴部（２０９）の開口（５０７）の中に位置決めされたターニングベーン（９３１）を含む、実施態様２に記載のデバイス（２００）。
［実施態様５］
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記流体受容特徴部（２０９）の中で前記ポストインピンジメント流体を方向付ける、実施態様２に記載のデバイス（２００）。
［実施態様６］
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）から遠ざかるように前記ポストインピンジメント流体を方向付ける、実施態様２に記載のデバイス（２００）。
［実施態様７］
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）は、前記本体部分（２０１、１４０２）の前記外側表面（２０５、１４０６）に関して７５度から８９度の間に角度付けされる、実施態様１に記載のデバイス（２００）。
［実施態様８］
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）は、クロスフロー方向（５１５）に角度付けされる、実施態様７に記載のデバイス（２００）。
［実施態様９］
各アパーチャ（２０７）と整列する一次ベルマウス（４００）を更に含み、前記一次ベルマウス（４００）は、それと整列する前記アパーチャ（２０７）の中に流体を方向付けるために位置決めされる、実施態様１に記載のデバイス（２００）。
［実施態様１０］
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と整列していない二次ベルマウス（４０２）を更に含み、前記二次ベルマウス（４０２）は、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）の中に流体を方向付けるために位置決めされる、実施態様９に記載のデバイス（２００）。
［実施態様１１］
前記二次ベルマウス（４０２）は、それと整列していない少なくとも２つのアパーチャの中に流体を方向付けるために位置決めされる、実施態様１０に記載のデバイス（２００）。
［実施態様１２］
前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）は、前記ポストインピンジメント流体の少なくとも一部分をもとの前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）を通して方向付ける、実施態様１に記載のデバイス（２００）。
［実施態様１３］
前記流体受容特徴部（２０９）は、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）を出て行く前記流体によって生じるクロスフローを減少させる、実施態様１に記載のデバイス（２００）。
［実施態様１４］
前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）は、前記本体部分によって部分的に囲まれる、実施態様１に記載のデバイス（２００）。
［実施態様１５］
内側表面（２０３、１４０４）及び外側表面（２０５、１４０６）を有する本体部分（２０１、１４０２）であって、前記内側表面（２０３、１４０４）が、内側領域（２０４、１４０５）を画定し、前記内側領域（２０４、１４０５）が、第１の容積を有する第１のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）と、前記第１のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）と流体結合される第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）と、を含み、前記第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）が、前記第１の容積とは異なる第２の容積を有する、本体部分（２０１、１４０２）と、
流体を前記第１のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）から前記本体部分（２０１、１４０２）を通して前記第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）まで方向付けるために位置決めされた、前記本体部分（２０１、１４０２）の中の少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と、
を含むタービン構成要素（１４００）。
［実施態様１６］
前記タービン構成要素（１４００）は、タービンエーロフォイルを含む、実施態様１５に記載のタービン構成要素（１４００）。
［実施態様１７］
前記第１のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）の個々を、前記第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）のうちの隣接する１つと連結する結合導管を更に含む、実施態様１６に記載のタービン構成要素（１４００）。
［実施態様１８］
前記第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）のうちの１つを、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と連結する出口導管を更に含む、実施態様１７に記載のタービン構成要素（１４００）。
［実施態様１９］
前記結合導管は、前記出口導管に関して角度付けされる、実施態様１８に記載のタービン構成要素（１４００）。
［実施態様２０］
内側表面（２０３、１４０４）及び外側表面（２０５、１４０６）を有する本体部分（２０１、１４０２）であって、前記内側表面（２０３、１４０４）が、内側領域（２０４、１４０５）を画定する、本体部分（２０１、１４０２）と、
流体を前記内側領域（２０４、１４０５）から前記本体部分（２０１、１４０２）を通して方向付けるために位置決めされた、前記本体部分（２０１、１４０２）の中の少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と、
前記本体部分（２０１、１４０２）の前記外側表面（２０５、１４０６）に形成され、ポストインピンジメント流体を前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）から受容するために位置決めされた少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）と、を含むデバイス（２００）であって、
前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）は、インピンジメントクロスフロー領域の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体を分離する、デバイス（２００）。

１００物品
１０１タービンバケット
１０３内側壁
１０４フィルム冷却穴
１１０根元部分
１２０プラットホーム
１３０エーロフォイル部分
２００デバイス
２０１本体部分
２０３内側表面
２０４内側領域
２０５外側表面
２０６外側領域
２０７アパーチャ
２０８ノズル
２０９流体受容特徴部
２３０流体方向付け特徴部
４００ベルマウス
４０１一次ベルマウス
４０２二次ベルマウス
４０５内側半径
５０１プレインピンジメント流体流れ
５０３インピンジメント流体流れ
５０５ポストインピンジメント流体流れ
５０７開口
５１０垂直なインピンジメント流体流れ
５１５クロスフロー方向
５２０平行なインピンジメント流体流れ
５３０流体方向付け特徴部
５３１突起
８０１交差
９３１ターニングベーン
１１０１通路
１１０３通路
１１０５角度
１２０１タービンシェル
１２０３円筒形のインピンジメントスリーブ
１４００タービン構成要素
１４０２本体部分
１４０４内側表面
１４０５内側領域
１４０６外側表面
１４０８通路
１４１０通路
１４１２アパーチャ
１４１４結合導管
１４１６導管

Claims

内側表面（２０３、１４０４）及び外側表面（２０５、１４０６）を有し、前記内側表面（２０３、１４０４）が内側領域（２０４、１４０５）を画定する、本体部分（２０１、１４０２）と、
流体を前記内側領域（２０４、１４０５）から前記本体部分（２０１、１４０２）を通して方向付けるために位置決めされた、前記本体部分（２０１、１４０２）の中の少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と、
前記本体部分（２０１、１４０２）の前記外側表面（２０５、１４０６）に形成され、ポストインピンジメント流体を前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）から受容するために位置決めされた少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）と、を含むデバイス（２００）であって、
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）は、前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）のどんな部分も画定せず、前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）は、インピンジメントクロスフロー領域の中で比較的低速の流体から比較的高速のポストインピンジメント流体を分離する、デバイス（２００）。
前記少なくとも１つの流体受容特徴部（２０９）は、流体方向付け特徴部（２３０、５３０）を更に含む、請求項１記載のデバイス（２００）。
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記流体受容特徴部（２０９）の中に形成される、請求項２記載のデバイス（２００）。
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記流体受容特徴部（２０９）の開口（５０７）の中に位置決めされたターニングベーン（９３１）を含む、請求項２記載のデバイス（２００）。
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記流体受容特徴部（２０９）の中で前記ポストインピンジメント流体を方向付ける、請求項２記載のデバイス（２００）。
前記流体方向付け特徴部（２３０、５３０）は、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）から遠ざかるように前記ポストインピンジメント流体を方向付ける、請求項２記載のデバイス（２００）。
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）は、前記本体部分（２０１、１４０２）の前記外側表面（２０５、１４０６）に関して７５度から８９度の間に角度付けされる、請求項１記載のデバイス（２００）。
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）は、クロスフロー方向（５１５）に角度付けされる、請求項７記載のデバイス（２００）。
各アパーチャ（２０７）と整列する一次ベルマウス（４００）を更に含み、前記一次ベルマウス（４００）は、それと整列する前記アパーチャ（２０７）の中に流体を方向付けるために位置決めされる、請求項１記載のデバイス（２００）。
内側表面（２０３、１４０４）及び外側表面（２０５、１４０６）を有する本体部分（２０１、１４０２）であって、前記内側表面（２０３、１４０４）が、内側領域（２０４、１４０５）を画定し、前記内側領域（２０４、１４０５）が、第１の容積を有する第１のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）と、前記第１のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）と流体結合される第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）と、を含み、前記第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）が、前記第１の容積とは異なる第２の容積を有する、本体部分（２０１、１４０２）と、
流体を前記第１のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）から前記本体部分（２０１、１４０２）を通して前記第２のセットの通路（１１０１、１４０８、１４１０）まで方向付けるために位置決めされた、前記本体部分（２０１、１４０２）の中の少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と、
を含むタービン構成要素（１４００）。