JPS59120704A - 超高温耐熱壁体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば、高温ガスタービンにおける超高温雰
囲気中の高温流体流路に使用される静翼や動翼等による
超高温耐熱壁体の構造に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、この種の高温ガスタ・−ビンの静翼等に使用され
る耐熱壁体は、第１図に示されるように。

厚さｔｍの耐熱金属材Ｉを使用しており、この耐熱金属
材■の一側１ａに約１０００℃以上の高温流体■を流し
、上記耐熱金属材Ｉの他側１ｂに冷却水のような冷却流
体■を流して冷却し得るようにして使用されている。

しかしながら、上述した従来の高温ガスタービンの静翼
等に使用される耐熱壁体は、（１）、熱応力及び（コ）
、冷却水の局所的な沸騰を生じて超高温度の耐熱壁体と
して長期間に亘って使用することば困難である。

即ち、上述した耐熱金属材Ｉによる耐熱壁体の（１）、
熱応力σについて、これを数式で説明すると。

熱応力σは、上記耐熱金属板Ｉを通過する熱流束ｑに比
例し。

σ−Ｃｔｍｑ　　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・（１）として与えられる。なお、こメで、Ｃは、
材料によって決められる定数である。

一方、上記熱流束ｑは、高温流体Ｈの温度をＴｇ、高温
側熱伝達率をαｇ、耐熱金属板Ｉの高温側表面温度をＴ
ｗ　ｏｕｔとすれば、 ｑ−ａｇ（Ｔｇ−Ｔｗ　ｏｕｔ）　　　　　・−＝＝−
（，２１となる。

つまり、上記耐熱金属板Ｉの表面温度ＴＷＯｕｔを許容
される上限を一定の温度に保ち、高温流体温度Ｔｇを上
昇させると、上記熱流束ｑが増大するため、必然的に熱
応力も増大する。このため、上記式（１）に示されるよ
うに、耐熱金属板■の厚さＴｍを小さくして熱応力の増
大を避ける手段が採用されるけれども、比較的に高温高
圧の条件の下で使用される耐熱壁体では、構造強度上、
耐熱金属板Ｉ自体を極端に薄肉化することは困難である
。

又一方２上述した耐熱金属材Ｉによる耐熱壁体の（Ω）
、冷却水の局所的な沸騰について、これを数式で説明す
ると、上記耐熱金属板Ｉの低温側温度Ｔｗ　ｉｎが、冷
却水による冷却流体■の飽和温度Ｔ　ｓａｔより高い場
合、この温度差で定義される伝熱面の過熱度ΔＴ　ｓａ
ｔは。

ΔＴ　ｌ１ｌＩａ　ｔ　＝−Ｔ　ｗｉｎ　−Ｔ　ｓａｔ
　　　　　　−−１３）となり、上記温度差の過熱度が
大きいほど、伝熱面伺近で膜沸騰を生じ易くなり、冷却
性能が大幅に低下し、冷却側の熱伝達率αＣが非常に大
きくできるという水冷の長所が失われるおそれがある。

そこで２高温ガスタービンにおける耐熱壁体は、冷却水
による冷却流体■を加圧することにより、飽和温度Ｔｓ
ａｔを上昇させ、過熱度ΔＴｓａ；を減少させる手段が
採用されている。

しかしながら、上述した冷却流体■は、約１０θに９／
　ｃｌｉ程度に加圧するために、冷却流路を構成する材
料強度が要求され、逆に、耐熱金属板Ｉの厚さを増さな
ければならず、これにも限度がある。

又一方、他の手段として、低温側表面温度Ｔｗ　ｉｎを
下げることも考えられるけれども、この低温側表面温度
Ｔｗｉｎは、耐熱金属板Ｉの熱伝桿率をλｍとしたとき
。

によって定められるから、高温流体■の温度Ｔｇ及び窩
部側熱伝達率αｇ、耐熱金属板Ｉの厚さＴｍを一定とし
て考える限り、熱伝導ｑを増大させることに帰結する。

これは、上記式（２）からも解るように、高温側表面温
度Ｔ　ｗ　ｏｕｔ　を低くすることであるが、同時に、
上記式（１）から、熱応力σを増大させ、１１η藷へ金
楓板■の寿命をきわめて短かいものになる等の不具合を
生じる。

さらに又、耐熱金属板Ｉの高温流体■側にセラミック耐
熱板を接着前で貼着したものも既に提案さり、ているけ
れども、これは各セラミック耐熱板相互の接合面に間隙
や凹凸が生じ、高温流体■の一様な流れを損うおそれが
ある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、高温、高圧流束下で長時間に亘って充分に耐えられる
ことを目的とする超高温耐熱壁体を提供するものである
。

〔発明の概要〕

本発明は、平滑な耐熱合金体の一側に熱抵抗層を設け、
この熱抵抗層の一側に冷却水の冷却流路を形成した熱伝
導金属体を一体的に設けて構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例について説明する。

１；Ｆ３．．２．図において、符号／は１例えば、イン
コネル（商品名）のようなニッケル合金による平滑な耐
熱合金体であって、この耐熱合金体／の一側は高温流体
■が一様に流れるように平滑部／ａを形成しており、上
記耐熱合金体／の他側／ｂは、断面が梯形をなす嵌合突
起部λが一定のピッチ間隔を存して設けられている。又
、上記嵌合突起部ユの位置する上記耐熱合金体／の他９
ｊｌ　／　ｂには、セラミックファイバー３が一定の厚
さで貼設されており、このセラミックファイバー３は、
上記高温流体■による熱抵抗層を構成している。さらに
。

上記セラミックファイバー３の一側には、例えば、銅相
による熱伝導金属体りの嵌合〆１日が一ヒ記嵌合突起部
−に上記セラミックファイバー３を介して嵌合して訃り
、この各熱伝導金属体ダは互に隣接する他の熱伝導金属
体ｑに対してインロウを形成して接合１〜でいる。さら
に又、上記各熱伝導金属体ケには複数の冷却流路６が、
例えば、冷却水のような冷却流体７を圧送し得るように
して穿設されており、この冷却流体７は、上記各熱伝導
金属体ｌの熱エネルギーを熱交換して冷却し得るように
なっている。又、上記各熱伝導金属体ｑの一側には耐熱
材による補強材ｇが添設されており、この補強材ｇは、
上記各熱伝導金属材グを実質的に一体に固定するように
なっている。

従って、本発明による超高温耐熱壁体は、高温流体Ｈの
流れに対し、て、平滑な壁面を形成することにより、高
温流体Ｈの一様な流れを損わないようにすると共に、セ
ラミックファイバー３が超高温度に対して充分に耐え得
るばかりでなく、上記セラミックファイバー３から熱伝
導する高温度の熱ユネルギーが、冷却流路６を備えた熱
伝導金属体グによって有効適切に熱交換して冷却し得る
ようになっている。

次に、本発明を数式によって説明すると、−Ｖ記のよう
になる。

即ち１本発明による熱抵抗層としての耐熱合金体／の熱
伝導率をλＣとし、その厚さをｔｃ　とすると、上記耐
熱合金体／の低温側（冷却流路側）の温度ＴＷ’ｉｎは
、 で与えられる。

こ−で、熱流束ｑは、上記（コ）式で与えられるから、
熱抵抗層による耐熱合金体／の熱伝導率λＣを小さく、
その厚さｔｃを大きくすることによって、Ｔｗ’ｉｎを
小さくできる。父、上記（１）式で定まる熱応力を軽減
するために、耐熱金属板Ｉの厚さｔｍを小さくした場合
でも、上記ｆｊ１式から耐熱合金体／の厚さｔｃを大き
くすれば、Ｔｗ’ｉｎを容易に低下させることができる
。

一方、上記熱伝導金属体ケは、例えば、銅相による熱伝
導率の大きい材質で構成されているため、水冷される伝
熱面の表面温度Ｔｗ″ｉｎはＴｗ’ｉｎよりも僅かに低
いだけである。

従って、上記熱伝導金属体ｑの伝熱面の過熱度ΔＴｓａ
ｔ’は。

ΔＴｓａｔ’　−Ｔｗ″ｉｎ　−Ｔｓａｔ（Ｔｗ’ｉｎ
　−Ｔｅａ、ｔとなり、Ｔｗ’ｉｎ＆低下させることに
より、過熱度ΔＴθ’ａｔを非常に小さくすることがで
きる。又、上記各熱伝導金属体ｌは複数に分割されて設
けられるため、上記耐熱合金体／の高温側の熱膨張差を
吸収することができるし、さらに、この熱膨張差に起因
する熱応力は発生しない。

このように、高温流体■の温度Ｔｇと、冷却水の飽和温
度Ｔｃとの差が非常に大きく１通過熱流束ｑが大きい場
合でも、冷却流体７の熱伝導金属タノ中間に介装された
セラミックファイバー３により、大部分の温度差を受は
持ち、しかも、熱抵抗層によるセラミックファイバー３
を強度部材としない構成により２熱応力が小さく、［７
かも、殆ど常圧の冷却水を使用しても、膜沸騰のおそれ
はない冷却流路乙を形成することができる。

次に、第３図に示される本発明の他の実施例は。

高温ガスタービンにおけるタービン翼体にそのまま適用
したものであり、上述した具体例と同一構成をなすもの
である。

なお、上述した実施例では熱抵抗層をセラミックファイ
バーで構成したが、セラミ、７クコーテイングによって
形成してもよく、更に１層厚が大きなもので良い場合に
はこれに限らない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、平滑な耐熱合金体／
の一側に熱抵抗層３を貼設し、この熱抵抗層３の一側に
冷却流路ろを形成した熱伝導金属体夕を一体的に設けで
あるので、超高温度に充分に耐えるばかりでなく、構成
も簡素であるから、例えば、高温ガスタービンや高温ガ
ス炉等に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の耐熱壁体の一部を示す横断面図、第２
図は、本発明による超高温耐熱壁体の一部を示す横断面
図、第３図は、本発明の他の実施例を示す図である。 ／・・・耐熱合金体、ユ・・・嵌合突出部、３・・・熱
抵抗層、グ・・・熱伝導金属体、３・・・嵌合部、乙・
・・冷却流路、７・・・冷却流体。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清手続補正書 昭和μｓ年７月２γ日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第２３２３１８号 ２、発明の名称 超高温耐熱壁体 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 （ａｏ７）　　東京芝浦電気株式会社 〔電話東京（２１１）　２３２１犬代表〕４２３０　　
弁理士　猪　　股　　清 ５、補正命令の日付 ７、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ８、補正の内容 １）明細書第５頁第９行中の「熱体束ｑ」を「熱流束ｑ
」と改める。 ２）同第８頁第１１行から第１２行中の「と１〜ての耐
熱合金体１」を「３」と改める。 ３）同第８頁第１３行中の１耐熱合金体１」を「熱抵抗
層３」と改める。 ４）同第８Ｒ下から第２行中の「による耐熱合金体１」
を１３」と改める。 ５）同第９頁第２行中の「耐熱合金板工」を「耐熱合金
体１」と改める。 ６）同第９頁第３行から第４行中の「耐熱合金体１」を
「熱抵抗層３」と改める。 ７）同第９頁下から第５行中の「上記耐熱合金体１の高
温側の」を「より高温側にある上記耐熱合金体１との」
と改める。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、平滑な耐熱合金体の一側に熱抵抗層を設け。 この熱抵抗層の一側に冷却流路を形成した熱伝導金属体
   を一体的に設けたことを特徴とする超高温耐熱壁体。 コ、耐熱合金体の一側に嵌合突起部を形成し、この嵌合
   突起部に熱伝導金属体の嵌合部を熱抵抗層を介して嵌合
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超高
   温耐熱壁体。 ３、熱伝導金属体を鋼材にして構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項又は第Ω項記載の超高温耐熱壁
   体。 ｙ、熱抵抗層をセラミックファイバーにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の超高温耐熱壁体。 Ｓ、熱抵抗層をセラミックコーティングにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の超高温耐熱壁体。