JP7109890B2

JP7109890B2 - 伝熱デバイス及び関係するタービン翼形部

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Publication number: JP7109890B2
Application number: JP2017126839A
Authority: JP
Inventors: ロバート・フランク・ホスキン; ジェームズ・アルバート・トールマン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2022-08-01
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: CN107605539A; CN107605539B; US10605093B2; JP2018009570A; US20180016916A1; DE102017115458A1

Description

本開示は、熱伝達に関する。より詳細には、本発明は、タービン翼形部などの物品から熱を伝達するための伝熱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。

部品の材料及び皮膜を修正することに加えて、タービン部品の温度性能を向上させる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導くことを一般に含み、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導かれて、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、伝熱デバイスを含み、その一方、他の実施形態は、翼形部などのタービン部品を含む。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導く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つの流体受容機構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つの流体受容機構のどんな部分も画定せず、少なくとも１つの流体受容機構は、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導く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つの流体受容機構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つの流体受容機構のどんな部分も画定せず、少なくとも１つの流体受容機構は、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導く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部品を含む。

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導く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つの流体受容機構とを含むデバイスであって、少なくとも１つの流体受容機構は、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、図１の物品の矢視２－２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、図９の物品の矢視１１－１１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の物品の矢視Ａ－Ａ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１４に示した物品の一部分の図１６の矢視Ｂ－Ｂ断面の拡大破断図である。本開示の様々な実施形態に係る、図１７の物品の矢視Ｃ－Ｃ断面の破断図である。物品の内部の流れ特性を更に詳しく示す図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伝達を増大させ、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、又はそれらの組合せとなる。

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、又はそれらの組合せを含む。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、又はそれらの組合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１１０、根元部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と結合された翼形部１３０を有する。根元部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１１０は、流体（例えば、伝熱流体）をタービンシステムから受容して、流体を翼形部１３０の中に導くように構成される。

図２及び図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つの流体受容機構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つの流体受容機構２０９のどの部分も画定しない、即ち、それらは別々の部品である。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、伝熱（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、伝熱（例えば、冷却）流体を内側領域２０４から物品１００の内側壁１０３の方に導くように構成（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を出て行く伝熱（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、伝熱（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に導くように構成される。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、入口の機構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、伝熱（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に直接導くように構成される。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、伝熱（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に導くように構成される。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からの伝熱（例えば、冷却）流体は、遮断されたベルマウスからの伝熱（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に示すように、アパーチャ２０７及び／又はノズル２０８（図４）を出て行く伝熱（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、伝熱（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。

当業者には明らかであろうが、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、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、噴流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を形成すると考えられる。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～図７に転じると、１つ又は複数の流体受容機構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機構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及び図６に示したように、流体受容機構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、流体受容機構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、流体受容機構２０９は、外側表面２０５を貫く開口５０７を含み、開口５０７は、流体受容機構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、流体受容機構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）流体受容機構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、流体受容機構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機構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％～８０％の間、７０％～８０％の間、又は任意の組合せ、部分組合せ、範囲、又はその部分範囲である。

他の実施形態では、図７に示すように、流体受容機構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、流体受容機構２０９に入って、その中で別の方向に導かれ、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機構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を別の方向に導くことによって、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機構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、それらの組合せとなる。即ち、流体受容機構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、又はそれらの組合せができる。

図５～図７に戻ると、一実施形態では、流体受容機構２０９は、チャネルや窪みなどの流体案内機構５３０を含む。他の実施形態では、流体案内機構５３０は、流体受容機構２０９の中に形成された突起５３１を含む。例えば、突起５３１は、流体受容機構２０９の表面から延びると共に流体受容機構２０９に入る流体を導く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、又はそれらの組合せを含む。他の実施形態では、図９及び図１０に示すように、流体案内機構５３０は、流体受容機構２０９の開口５０７の中に位置決めされた方向転換翼９３１を含む。方向転換翼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機構２０９の中に流れを導く。これらの実施形態では、図５～図７に関して論述したように、流体受容機構２０９（例えば、流体案内機構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、流体を流体受容機構２０９の中に導く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に示すように、ノズル２０８を貫通する通路１１０３は、本体部分２０１の外側表面２０５に対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に対して、それに限定されないが、６０度～８９度の間、７０度～８９度の間、７０度～８５度の間、７５度～８９度の間、７５度～８５度の間、７５度～８０度の間、又は任意の組合せ、部分組合せ、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、流体受容機構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、流体受容機構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、流体受容機構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、流体受容機構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及び図１３に示すように、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の方に冷却流体を導くように構成される。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つの流体受容機構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の湾曲した表面に伝熱（例えば、冷却）流体を導いて、もとのインピンジメントスリーブ１２０３の流体受容機構２０９の中に導か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、中空の部品、高温ガス経路部品、シュラウド、ノズル、ベーン、又はそれらの組合せを含む。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（タービン翼形部などのタービン部品）１４００の一部分の概略斜視図を示す。図１５は、部品１４００の矢視Ａ－Ａ断面を示す。示したように、タービン部品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）を示す図１６に概略孤立して示されている。図１７は、タービン部品１４００（例えば、翼形部）の一部分の図１５の線Ｂ－Ｂ断面の拡大図を図示し、図１８は、タービン部品１４００の図１７の矢視Ｃ－Ｃ断面図を示す。図１９は、タービン部品１４００の内部の流れ特性を更に詳しく示す図１４のタービン部品１４００の一部分の破断斜視図を示す。図１４～図１８を参照すると、タービン部品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、伝熱流体）を導くと共に内側表面１４０４上に衝突するために位置決めされる。

場合によっては、タービン部品１４００（例えば、タービン翼形部）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、伝熱流体は、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）を通して導く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つの流体受容機構（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つの流体受容機構（２０９）のどんな部分も画定せず、前記少なくとも１つの流体受容機構（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つの流体受容機構（２０９）は、流体案内機構（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］
前記流体案内機構（２３０、５３０）は、前記流体受容機構（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］
前記流体案内機構（２３０、５３０）は、前記流体受容機構（２０９）の開口（５０７）の中に位置決めされた方向転換翼（９３１）を含む、実施態様２に記載のデバイス（２００）。
［実施態様５］
前記流体案内機構（２３０、５３０）は、前記流体受容機構（２０９）の中で前記ポストインピンジメント流体を導く、実施態様２に記載のデバイス（２００）。
［実施態様６］
前記流体案内機構（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導く、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）に対して７５度～８９度の範囲内で角度付けされる、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）の中に流体を導く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）の中に流体を導く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導く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つの流体受容機構（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）を通して導く、実施態様１に記載のデバイス（２００）。
［実施態様１３］
前記流体受容機構（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つの流体受容機構（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）まで導く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、
を含むタービン部品（１４００）。
［実施態様１６］
前記タービン部品（１４００）は、タービン翼形部を含む、実施態様１５に記載のタービン部品（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に記載のタービン部品（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に記載のタービン部品（１４００）。
［実施態様１９］
前記結合導管は、前記出口導管に対して角度付けされる、実施態様１８に記載のタービン部品（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）を通して導く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つの流体受容機構（２０９）とを含むデバイス（２００）であって、
前記少なくとも１つの流体受容機構（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
１２０プラットホーム
１３０翼形部
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流体受容機構
２３０流体案内機構
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流体案内機構
５３１突起
８０１交差
９３１方向転換翼
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タービン部品
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

内側壁（１０３）を有する物品（１００）を冷却するためのデバイス（２００）であって、当該デバイス（２００）が、
内側表面（２０３）及び外側表面（２０５）を有する本体部分（２０１）であって、前記内側表面（２０３）が内側領域（２０４）を画定し、前記外側表面（２０５）が前記物品（１００）の内側壁（１０３）に面していて、前記外側表面（２０５）と前記内側壁（１０３）の間に外側領域（２０６）を画定する、本体部分（２０１）と、
前記本体部分（２０１）に設けられた少なくとも１つのアパーチャ（２０７）であって、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）が、前記物品（１００）のインピンジメント冷却のため流体（５０１）を前記内側領域（２０４）から前記本体部分（２０１）を通して前記内側壁（１０３）に向けて導くように配置されており、前記流体（５０１）が、前記内側壁（１０３）に接触すると、ポストインピンジメント流体（５０５）を形成する、少なくとも１つのアパーチャ（２０７）と、
前記本体部分（２０１）の外側表面（２０５）に形成された少なくとも１つの流体受容機構（２０９）であって、前記ポストインピンジメント流体（５０５）を受容するように配置された少なくとも１つの流体受容機構（２０９）と
を備えており、
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）が、前記少なくとも１つの流体受容機構（２０９）のいかなる部分も画定せず、前記少なくとも１つの流体受容機構（２０９）が、前記外側領域（２０６）内で比較的低速の前記流体（５０１）から比較的高速のポストインピンジメント流体（５０５）を分離し、
当該デバイス（２００）が、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）が、該一次ベルマウス（４００）と整列する前記アパーチャ（２０７）の中に流体を導くように配置される、デバイス（２００）。
前記少なくとも１つの流体受容機構（２０９）が、流体案内機構（２３０，５３０）であって、前記流体案内機構（２３０，５３０）が、前記流体受容機構（２０９）の中に形成された突起（５３１）及び／又は前記流体受容機構（２０９）の開口（５０７）内に配置された方向転換翼（９３１）を含む流体案内機構（２３０，５３０）を更に含む、請求項１記載のデバイス（２００）。
前記流体案内機構（２３０，５３０）が、前記流体受容機構（２０９）の中で前記ポストインピンジメント流体を導く、請求項２記載のデバイス（２００）。
前記流体案内機構（２３０，５３０）が、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導く、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）が、前記本体部分（２０１）の外側表面（２０５）に対して７５度～８９度の範囲内で角度付けされる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のデバイス（２００）。
前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）が、クロスフロー方向（５１５）に角度付けされる、請求項５記載のデバイス（２００）。
当該デバイス（２００）が、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）が、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）の中に流体を導くために位置決めされる、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のデバイス（２００）。
当該デバイス（２００）が、前記少なくとも１つのアパーチャ（２０７）の上側に形成されたノズル（２０８）を更に含み、前記ノズル（２０８）が、前記本体部分（２０１）の外側表面（２０５）から内側壁（１０３）の方に延びる、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のデバイス（２００）。
前記物品（１００）が、タービン部品（１４００）である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のデバイス（２００）。
前記タービン部品（１４００）がタービン翼形部である、請求項９に記載のデバイス（２００）。