KR101820852B1 - 가스 터빈용 히트 쉴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터빈용 히트 쉴드에 관한 것으로서, 냉각판부의 양쪽 측부에서 고정 구획벽부와 사이에 폭 방향으로 적어도 1열 이상의 냉각 챔버를 구획하도록 쳄버 구획 돌기부를 형성하여, 고정 구획벽부에 관통 형성된 유출 통로들을 통해 냉각판부의 중간부로부터 양쪽 측부의 상기 냉각 챔버 내부로 유입된 냉각 공기가 상기 챔버 구획 돌기부에 형성된 배출 통로를 통해 외부로 배출되도록 하는 과정에서 냉각 챔버에 의한 전열 면적 확대, 챔버 구획 돌기부의 내벽면에서의 냉각 공기에 의한 유체 충돌 및 냉각 챔버 내부의 난류 강도 증가 등을 통해 히트 쉴드 세그먼트의 양쪽 측부의 냉각 효율을 향상시키도록 하고, 이에 따른 양쪽 측부와 중간부 사이의 냉각 편차를 줄여 열적 불균일에 기인한 변형 및 파손을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

가스 터빈용 히트 쉴드{Heat Shield For Gas Turbine}

본 발명은 가스 터빈용 히트 쉴드에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 냉각 성능을 개선하여 부품의 안정성과 수명을 보장할 수 있도록 하는 가스 터빈용 히트 쉴드에 관한 것이다.

가스 터빈용 히트 쉴드는 가스 터빈의 연소 가스 통로 상에서 연소가스 실링을 위해 블레이드 선단부와 인접하게 터빈 베인 케리어 링의 원주 방향을 따라 설치된다.

따라서, 가스 터빈용 히트 실드는 내주면이 고온의 연소 가스에 노출되어 높은 열부하가 발생하게 된다.

종래 가스 터빈용 히트 실드는 열에 의해 발생하는 변형 및 파손을 방지하기 위하여 압축기를 통해 공급된 냉각 공기를 통과시켜 냉각하기 위한 복수의 공기 유동 통로들이 형성된다.

그러나, 종래 터빈용 히트 실드는 냉각 공기를 통과시키기 위한 다양한 형태의 냉각홀 및 냉각유로들이 형성되는 것을 개시하고 있기는 하나, 냉각홀 및 냉각유로들이 형성되는 위치의 문제로 인하여 균일하지 못하고 부분적으로 불균일한 냉각 성능을 가지게 되는 단점을 갖는다.

미국등록특허공보 US 6,302,642 B1 (등록일자 2001.10.16) 미국공기특허공부 US 2011/0255989 A1(공개일자 2011.10.20)

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 냉각 형상 구조를 개선하여 좀더 균일한 냉각 성능을 갖도록 함으로써 부품의 안정성과 수명을 보장할 수 있도록 하는 가스 터빈용 히트 쉴드를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 터빈용 히트 쉴드는, 가스 터빈의 연소 가스 통로 상에서 연소가스 실링을 위해 블레이드 선단부와 인접하게 원주 방향을 따라 고정 클램프들을 통해 연속 고정되며, 충돌 채널의 미세 통공들을 통해 유입된 공기의 내부 유동을 통해 냉각되도록 하는 복수의 히트 쉴드 세그먼트를 포함하고, 상기 각 히트 쉴드 세그먼트들은 상기 가스 터빈의 내주면에 대응되게 길이 방향을 따라 기설정된 곡률을 가지고 형성되는 냉각판부; 상기 냉각판부의 외측면 상에서 폭 방향으로 중간부와 양쪽 측부를 구획하도록 길이 방향을 따라 돌출 형성되고, 상기 양쪽 측부상에 상기 고정 클램프의 고정 단부가 걸려 고정되게 복수의 걸림 돌기들이 형성되는 한 쌍의 고정 구획벽부; 상기 고정 구획벽부들 사이에 끼워진 상기 충돌 채널을 받쳐 지지하도록 상기 냉각판부의 중간부 상면에서 길이 방향을 따라 간격을 두고 돌출 형성되는 채널 지지부; 상기 냉각판부의 양쪽 측부에서 상기 고정 구획벽부와 사이에 폭 방향으로 적어도 1열 이상의 냉각 챔버를 구획하도록 돌출 형성되며, 상기 고정 구획벽부에 관통 형성된 유출 통로들을 통해 상기 중간부로부터 상기 양쪽 측부의 상기 냉각 챔버 내부로 유입되어 와류되는 공기가 외부로 배출되도록 배출 통로가 관통 형성되는 하나 이상의 챔버 구획 돌기부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성된 상기 배출 통로들은 폭 방향으로 동일 단면적을 가지며 관통 형성될 수 있다.

또한, 상기 챔버 구획 돌기부는 2개 이상으로 이루지고, 상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로들은 서로 다른 크기의 단면적을 가지고 관통 형성될 수 있으며, 상기 배출 통로들은 내측에 위치한 배출 통로의 단면적보다 외측에 위치한 배출 통로의 단면적이 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성된 상기 배출 통로들 중 적어도 하나 이상이 폭 방향을 따라 단면적이 가변되게 관통하여 형성될 수 있으며, 여기서 상기 가변 단면적 갖는 상기 배출 통로는 상기 냉각판부의 양쪽 측단부로 갈수록 단면적이 축소 또는 확대되게 형성되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성된 상기 배출 통로들 중 적어도 하나 이상은 상부가 개방되게 관통 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성된 상기 배출 통로들 중 적어도 하나 이상은 2개 이상의 단면 중심이 서로 다른 편심을 가지고 포개어지게 관통 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 채널 지지부는 상기 냉각판부의 중간부 중심부에서 폭 방향으로 돌출 형성되는 공기 유동 가이드판부; 및 상기 돌출 판부 양측 단부가 각각 돌출 형성되는 받침 기둥부;을 포함하여 구성되며, 상기 공기 유동 가이드판부의 중심부에는 길이 방향을 따라 교차되게 연장 형성되는 보강 리브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 채널 지지부는 길이 방향을 따라 간격을 두고 중심으로부터 양단부가 부등호 형태로 절곡 형성될 수 있다.

또한, 상기 채널 지지부는 상기 냉각판부의 중간부에서 서로 간격을 두고 돌출 형성된 복수의 지지 기둥들로 이루어질 수 있으며, 여기서, 상기 지지 냉각 기둥들은 길이 방향을 따라 교번하며 서로 다른 높이 차를 두고 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 채널 지지부는 상기 채널 지지부는 상기 냉각판부의 중간부에서 서로 간격을 두고 돌출 형성된 복수의 지지 냉각 기둥; 및 상기 지지 냉각 기둥들 사이에서 서고 간격을 두고 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 냉각 돌기;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 본 발명의 가스 터빈용 히트 쉴드에 따르면, 냉각판부의 양쪽 측부에서 고정 구획벽부와 사이에 폭 방향으로 적어도 1열 이상의 냉각 챔버를 구획하도록 쳄버 구획 돌기부를 형성하여, 고정 구획벽부에 관통 형성된 유출 통로들을 통해 냉각판부의 중간부로부터 양쪽 측부의 상기 냉각 챔버 내부로 유입된 냉각 공기가 상기 챔버 구획 돌기부에 형성된 배출 통로를 통해 외부로 배출되도록 하는 과정에서 냉각 챔버에 의한 전열 면적 확대, 챔버 구획 돌기부의 내벽면에서의 냉각 공기에 의한 유체 충돌 및 냉각 챔버 내부의 난류 강도 증가 등을 통해 히트 쉴드 세그먼트의 양쪽 측부의 냉각 효율을 향상시키도록 하고, 이에 따른 양쪽 측부와 중간부 사이의 냉각 편차를 줄여 열적 불균일에 기인한 변형 및 파손을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 히트 쉴드에 따르면 따르면, 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로들을 히트 쉴드 세그먼트의 폭 방향을 따라 동일 단면을 갖거나, 단면이 점차 확대되거나 또는 단면이 점차 축소되게 형성하여 냉각 챔버를 경유해 배출되는 냉각 공기의 유속을 열 부하량에 따라 좀더 자유 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 히트 쉴드에 따르면, 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로들 중에서 적어도 어느 하나 이상을 고정 클램프의 고정 단부와 접하는 상면부에 개방되게 관통하도록 형성하거나, 또는 2개 이상의 단면 중심이 서로 다른 편심을 가지고 포개어지게 관통 형성되도록 하여 배출 통로를 이루는 내주면의 면적을 넓혀 배출 통로를 통해 배출되는 냉각 공기에 의한 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 히트 쉴드에 따르면, 양측 받침 기둥부들 사이에 배치되는 공기 유동 가이드판의 중심부에는 길이 방향을 따라 교차되게 보강 리브를 연장 형성되여, 보강 리브를 통해 공기 유동 가이드판부의 보강 강도를 높여 히트 쉴드 세그먼트로 전달된 고열에 의해 냉각판부에 발생하는 변형 및 파손을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 가스 터빈용 히트 쉴드에 따르면, 채널 지지부는 길이 방향을 따라 간격을 두고 중심으로부터 양단부가 부등호 형태로 절곡 형성되는 공기 유동 가이드 블레이드, 또는 상기 냉각판부의 중간부에서 서로 간격을 두고 돌출 형성된 복수의 지지 냉각 기둥들로 구성하여, 충돌 채널의 미세 통공들을 통해 히트 쉴드 세그먼트의 냉각판부의 중간 공간부로 유입된 냉각 공기들에 통해 냉각판부 중간부의 냉각 효과를 향상시킴과 아울러 고정 구획벽부에 형성된 유출 통로들을 통해 냉각 챔버들을 경유해 배출되는 냉각 공기들이 좀더 균일하게 분배될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일시예에 따른 히트 쉴드 어셈블리가 적용된 가스 터빈의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 히트 쉴드 세그먼트가 조립된 상태를 도시한 부분 조립 사사도이다.
도 3은 도 2의 히트 쉴드 세그먼트를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 본 히트 쉴드 세그먼트의 조립 상태를 도시한 정단면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ부분을 확대 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.
도 6은 도 3의 채널 지지부를 확대 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.
도 7은 도 6의 채널 지지부에 대한 제1 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.
도 8은 채널 지지부에 대한 제2 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.
도 9는 채널 지지부에 대한 제3 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.
도 10은 채널 지지부에 대한 제4 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.
도 11은 도 5의 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 제1 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.
도 12는 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 제2 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.
도 13은 도 12의 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 관통 형상에 대한 추가적인 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.
도 14는 도 5의 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 제3 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.
도 15는 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트의 냉각 공기의 압력차를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트에 발생된 변형량을 비교 실험한 결과를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트에 발생된 변형량을 비교 실험한 결과를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트의 슈라우드 면에 발생된 온도를 비교한 것이다.
도 19은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트의 슈라우드 면에 발생된 열응력을 비교한 것이다.
도 20는 종래 히트 쉴드 게그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이다.
도 21은 도 3의 히트 쉴드 세그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이다.
도 22은 도 11의 히트 쉴드 세그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이다.
도 23는 도 12의 히트 쉴드 세그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일시예에 따른 히트 쉴드 어셈블리가 적용된 가스 터빈의 부분 단면도이고, 도 2는 도 1의 히트 쉴드 세그먼트가 조립된 상태를 도시한 부분 조립 사사도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예의 가스터빈용 히트 쉴드(100)는 가스 터빈(1)의 연소 가스 통로(11) 상에서 연소가스의 실링을 위해 블레이드(10) 선단부와 인접하게 케이싱(13)의 내측 원주 방향을 따라 고정 클램프들(110)을 통해 연속 고정되는 복수의 히트 쉴드 세그먼트들(130)로 이루어진다.

상기 각각의 히트 쉴드 세그먼트들(130)은 양측이 고정 클램프들(110)에 의해 터빈 베인 케리어 링(12)에 교체 가능하게 체결 고정되고, 고정 클램프들(110)에 의해 고정된 히트 쉴트 세그먼드들(130)의 외측면 상에는 가압된 냉각 공기들을 균일하게 분산 공급하도록 하는 충돌 채널(120)이 끼워져 단위 히트 쉴드 어셈블리(100) 형태를 이루게 된다.

따라서, 상기 각 히트 쉴드 세그먼트들(130)은 가스 터빈(1)용 케이싱(13) 사이에 형성된 공기 유출 통로(14)를 통해 유입된 후, 미세 통공들(121)을 통해 분산 공급되는 냉각 공기의 내부 유동을 통해 고온의 연소 가스에 노출되어 가열된 높은 열을 냉각시키도록 한다.

도 3은 도 2의 히트 쉴드 세그먼트를 분리하여 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 잘라서 본 히트 쉴드 세그먼트의 조립 상태를 도시한 정단면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ부분을 확대 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.

도 3 내지 도 5을 참조하여 설명하면, 상기 각 히트 쉴드 세그먼트(130)는 크게 냉각판부(131), 고정 구획벽부(132), 채널 지지부(137) 및 챔버 구획 돌기부(139)를 포함하여 구성된다.

냉각판부(131)는 가스 터빈(1)의 연소 가스 통로(11) 상에서 연소가스의 실링을 위해 블레이드(10) 선단부와 인접하게 배치될 수 있도록 상기 가스 터빈(1)의 케이싱(13) 내주면에 대응되게 길이 방향을 따라 기설정된 곡률을 가지고 형성된다.

한편, 냉각판부(131)의 길이 방향 양측 단부에는 두께 차이 없이 서로 맞물려 연속적으로 결합될 수 있게 단턱부가 형성된다.

그리고, 상기 냉각판부(131)의 외측면 상에서 폭 방향으로 중간부(135)와 그 양쪽 측부(136)를 구획하도록 길이 방향을 따라 한 쌍의 고정 구획벽부(132)가 폭 방향으로 서로 이격되며 돌출 형성된다.

고정 구획벽부(132)들 사이에 구획된 중간부(135) 상에는 상기 고정 구획벽부(131)들 사이에 끼워진 상기 충돌 채널(120)을 받쳐 길이 방향을 따라 간격을 두고 채널 지지부(137)들이 돌출 형성된다.

그리고, 상기 냉각판부(131)의 양쪽 측부(136)에는 각각 상기 고정 구획벽부(132)와의 사이에 폭 방향으로 적어도 1열 이상의 냉각 챔버들(138)이 구획하도록 하나 이상의 챔버 구획 돌기부(138)가 돌출 형성된다.

한편, 고정 구획벽부(132) 상측 단부에는 길이 방향을 따라 간격을 두고 상기 양쪽 측부(136)에서 상기 고정 클램프(110)의 고정 단부(111)가 챔버 구획 돌기부(138)에 얹혀진 상태로 걸려 고정되게 복수의 걸림 돌기들(133)이 형성된다.

즉, 상기 걸림 들기들(133)은 상기 냉각판부(131)의 양쪽 측부(136)에 돌출 형성된 챔버 구획 돌기들(139)과의 사이에 상기 고정 클램프(110)의 고정 단부(111)가 끼워져 고정되도록 하는 역할을 한다.

이때, 고정 클램프(110)의 고정 단부(111)는 하면이 챔버 구획 돌기부(139)들의 상면과 접하도록 얹혀진 상태로 측면과 상면이 각각 고정 구획벽부(132)의 외측 벽면과 걸림 돌기들(133)의 하면에 좀더 넓은 접촉면적을 가지고 결합되도록 하여 열전도에 의한 이를 통한 열전도 방식으로 히트 쉴드 세그먼트(130)의 전열 효과를 높일 수 있도록 한다.

한편, 고정 구획벽부(132)의 하측에는 길이 방향을 따라 간격을 두고 고정 구획벽부(131)에 인접하게 구획된 제1 냉각 챔버(138a)에 연통되게 유출 통로들(134)이 관통 형성된다.

따라서, 히트 쉴드 세그먼트들(130)을 냉각시키기 위한 냉각 공기의 유동 과정은 먼저, 케이싱(13)들 사이의 공기 유출 통로(14)를 통해 고정 클램프들(110) 사이의 상측 공간부로 유입된 고속의 압축 냉각 공기가 냉각판부(131)의 중간부(135) 상측에 끼워져 지지된 충돌 채널(120)에 먼저 부딪힌 후 미세 통공(121)들을 통해 냉각판부(131) 상측 바닥과 채널 지지부(137)에 의해 지지되는 충돌 채널(120) 바닥면과의 사이에 형성된 중간 공간부로 유입된다.

여기서, 전술한 바와 같이 충동 채널(120)의 미세 통공들(121)을 통해 중간 공간부로 유입된 냉각 공기에 의해 1차적으로 냉각판부(131)의 중간부(135)에 대한 냉각이 이루어지게 된다.

이때, 채널 지지부(137)는 고정 구획벽부 사이에 끼워진 충돌 채널(120)을 전술한 중간 공간부를 구획하도록 냉각판부(131)의 중간부(135) 상면으로부터 띄워지게 받쳐 지지하는 역할을 한다.

도 6은 도 3의 채널 지지부를 확대 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.

도 6를 참조하여 설명하면, 본 실시예에서 채널 지지부(137)는 기본적으로 공기 유동 가이드판부(137a)와 받침 기둥부(137b)를 포함하여 구성되는 것을 예시한다.

여기서, 공기 유동 가이드판부(137a)는 충돌 채널(120)을 받쳐 지지하도록 폭 방향 양측 단부에 돌출 형성되는 한 쌍의 받침 기둥부들(137b) 사이를 연결하며 기설정된 높이로 돌출되게 형성된다.

따라서, 채널 지지부(137)는 전술한 바와 같이 받침 기둥부들(137b)을 통해 충돌 채널(120)을 받쳐 지지하는 것 이외에도 공기 유동 가이드판부(137a)를 통한 냉각판부(131)의 중간부가 냉각 공기와 접촉하는 전열 면적을 확대할 수 있도록 함과 아울러 중간 공간부를 길이 방향을 구획하여 유출 통공들(134)을 통해 후술하는 제1 냉각 챔버(138a) 내부로 배출되는 냉각 공기의 배출량이 균일하게 분배해주는 역할을 수행하도록 하다.

그러나, 본 발명은 채널 지지부(137)가 전술한 받침 기둥부(137b)와 이들 사이를 연결하는 공기 유동 가이드판부(137a)으로 이루어지는 것만으로 한정되는 것은 아니며, 후술하는 도 7 내지 도 13과 같이 다양하게 구조를 변형시켜 전열 효율을 향상시킴과 아울러 냉각 공기의 분배 효과를 향상시켜 히트 쉴드 세그먼트가 냉각 온도 편차에 따른 변형 및 파손을 방지할 수 있는 한 좀더 다양한 형태로 변형되어 적용될 수 있음은 당연하다.

도 7은 도 6의 채널 지지부에 대한 제1 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.

도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 제1 변형예에 따른 채널 지지부(237)는 상기 공기 유동 가이드판부(137a)의 중심부에는 길이 방향을 따라 교차되게 연장 형성되는 보강 리브(237c)를 더 구성되는 것을 예시한다.

이처럼, 공기 유동 가이드판부(137a)의 중심부에서 상기 보강 리부(237c)를 형성함으로써, 보강 리브(237c)를 통해 공기 유동 가이드판부(137a)의 지지 강도를 보강하는 것 이외에도 히트 쉴드 세그먼트(130)로 전달된 고열에 의해 냉각판부(131)에 발생하는 변형 및 파손 방지 효과를 높일 수 있도록 한다.

도 8은 채널 지지부에 대한 제2 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.

도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 제2 변형예에 따른 채널 지지부(370)는 길이 방향을 따라 간격을 두고 중심으로부터 양단부가 부등호 형태로 절곡 형성되는 공기 유동 가이드 플레이트들(371)로 이루어지는 것을 예시한다.

이처럼, 공기 유동 가이드 플레이트들(371)을 통해 충돌 채널(120)의 미세 통공들(121)을 통해 상기 중간 공간부로 유입된 냉각 공기의 구획된 각각의 수용 공간 내에 수용하도록 함과 아울러 길이 방향에 대해 경사진 사선 형태의 냉각 공기의 흐름을 유도하여 유출 통로들(134)을 통한 양쪽 측부(136)의 제1 냉각 챔버(138a) 내부로의 좀더 균일하게 분배되며 유출될 수 있도록 가이드하는 역할을 수행하도록 한다.

도 9는 채널 지지부에 대한 제3 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예의 제3 변형예에 따른 상기 채널 지지부(470)는 상기 냉각판부(131)의 중간부(135)에서 서로 간격을 두고 돌출 형성된 복수의 지지 냉각 기둥들(471, 472)로 이루어지도록 하는 것을 예시한다.

상기 지지 냉각 기둥들(471, 472)은 전술한 바와 같이 냉각판부(131) 상측에서 한 쌍의 고정 구획벽부(132) 사이에 끼워지는 충돌 채널(120)을 받쳐 지지함과 아울러 냉각판부(131)의 중간 공간부 내에서 냉각 공기와의 접촉하는 전열 면적을 넓혀 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 한편 유입된 냉각 공기의 흐름을 분산시켜 유출 통로들(134)을 통해 균일하게 양쪽 측부(136)의 제1 냉각 챔버(138a) 내부 균일하게 배출될 수 있게 분배시키는 역할을 수행하도록 한다.

이때, 지지 냉각 기둥들(471, 472)은 길이 방향을 따라 교번하며 서로 다른 높이 차를 두고 형성하는 것이 바람직하며, 높이가 상대적으로 높은 지지 냉각 기둥들(471)은 상면이 충돌 채널(120)의 바닥면과 접한 상태로 이를 받쳐 지지하도록 하고, 높이가 상대적으로 낮은 지지 냉각 기둥들(472)은 충돌 채널(120)의 바닥면과의 사이에 간격을 두고 출돌 채널의 미세 통공들을 통한 냉각 공기 유입량을 보장하도록 하는 한편 상면을 포함해 냉각 공기와 접하는 전열 면적을 좀더 넓힐 수 있도록 한다.

도 10은 채널 지지부에 대한 제4 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 평면도이다.

도 10를 참조하여 설명하면, 본 실시예의 제5 변형예에 따른 상기 채널 지지부(570)는 전술한 지지 냉각 기둥들(471) 동일한 형태의 지지 기둥들(571)과 이 냉각 돌기들(572)이 혼합된 형태로 돌출 형성되어, 지지 기둥(571) 및 냉각 돌기들(572)에 의한 지지 및 전열 효과 이외에도 유출 통로들(134)을 통해 냉각 공기가 균일하게 배출될 수 있도록 가이드 하는 역할을 모두 수행할 수 있도록 한다.

다시 도 3 내지 도 5을 참조하여 설명하면, 전술한 채널 지지부(137)에 의해 분배되며 고정 구획벽부(132) 하측에 형성된 유출 통로들(134)을 통해 유출된 냉각 공기는 양쪽 측부(136)에서 챔버 구획 돌기부들(139)에 의해 구획된 냉각 챔버들(138)을 경유하며 배출 통로(140)를 통해 히트 쉴드 세그먼트(130)의 양측으로 배출되도록 한다. 이러한 냉각 공기의 유동을 통해 히트 쉴드 세그먼트의 양쪽 측부대한 냉각이 좀더 효과적으로 이루어지게 된다.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 본 실시예에서 챔버 구획 돌기부(139)는 상기 고정 구획벽부(132)와 사이에 2열의 제1 냉각 챔버(138a) 및 제2 냉각 챔버(138b)가 구획되게 서로 간격을 두고 서로 나란하게 돌출 형성되는 2개의 제1 챔버 구획 돌기(139a)와 제2 챔버 구획 돌기(139b)로 이루어지는 것을 예시한다.

그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 챔버 구획 돌기부(139)는 상기 고정 구획벽부(132)와의 사이에서 1열 이상의 냉각 챔버들(138)을 구획할 수 있는 한 좀더 다양하게 형태 및 개수로 변형하여 적용할 수 있음은 당연하다.

그리고, 챔버 구획 돌기부(139)를 이루는 제1 챔버 구획 돌기(139a) 및 제2 챔버 구획 돌기(139b)에는 냉각 공기가 상기 각각의 냉각 챔버(138a, 138b) 내부로 유입되어 챔버 구획 돌기(139a, 139b)들 내벽면에 부딪혀 충돌하며 발생되는 와류 형태의 난류 유동을 거친 후 외부로 배출되도록 하는 배출 통로들(140; 141a, 140b)이 관통 형성된다.

여기서, 배출 통로들(140)은 제1 냉각 챔버(138a)와 제2 냉각 챔버(138b)가 서로 연통되게 제1 챔버 구획 돌기(139a)에 관통 형성되는 제1 배출 통로(140a)와 제2 냉각 챔버(138b)가 외부에 연통되게 제2 챔버 구획 돌기(139b)에 관통 형성되는 제2 배출 통로(140b)로 이루어진다.

따라서, 냉각 공기는 고정 구획벽부(132)에 형성된 유출 통로들(134)을 통해 유출된 냉각 공기는 고정 구획벽부(132)와 제1 챔버 구획 돌기(139a) 사이에 구획된 제1 냉각 챔버(138a) 내부로 배출되고, 제1 냉각 챔버(138a) 내부에 유입된 냉각 공기는 제1 챔버 구획 돌기(139a)에 관통 형성되는 제1 배출 통로(140a)를 통해 제1 챔버 구획 돌기(139a)와 제2 챔버 구획 돌기(129b)들 사이에 구획된 제2 냉각 챔버(138b) 내부에 배출되며, 다시 제2 냉각 챔버(138b) 내부의 냉각 공기는 제2 챔버 구획 돌기(139b)에 관통 형성된 제2 배출 통로(140b)를 통해 외부로 배출된다.

이처럼, 유출 통로(134)와 제1 배출 통로(140a) 사이 및 제1 배출 통로(140a)와 제2 배출 통로(140b) 사이에 각각 유동 공간이 확대되게 제1 냉각 챔버(138a)와 제2 냉각 챔버(138b)를 형성해 줌으로써, 냉각 공기와 접하는 전열 면적을 확대시킴과 아울러 냉각 공기와 충돌 후 맴돌이 형태로 와류되는 난류 유동의 강도를 증가시켜 방열 효과를 향상시킬 수 있도록 한다.

즉, 제1 냉각 챔버(138a)는 유출 통로들(134)과 제1 배출 통로(140a) 사이에서 확대된 냉각 공기 유동 공간을 제공함으로써 열교환할 수 있는 내부 면적을 확대시켜주게 되며, 유출 통로들(134)를 통해 배출된 냉각 공기가 제1 배출 통로(140a)가 형성된 제1 챔버 구획 돌기(139a)의 내측 벽면에 부딪혀 충돌하도록 유도함과 아울러 냉각 유체의 충돌 이후에 제1 배출 통로들을(140a)를 통해 제2 냉각 챔버(138b)로 직접 빠져 나가고 난 나머지가 제1 배출 통로(140a)가 형성된 제1 챔버 구획 돌기(139a)의 내측 벽면에 부딪혀 뒤쪽으로 선회하며 발생된 맴돌이 형태의 와류를 통해 난류 강도를 증가시켜 방열 효과를 높이도록 한다.

마찬가지로, 제2 냉각 챔버(138b) 역시 제1 배출 통로들(140a)과 제2 배출 통로(140b) 사이에서 확대된 냉각 공기 유동 공간을 제공함으로써 열교환할 수 있는 내부 면적을 추가 확대시켜주도록 하고, 제1 배출 통로들(140a)을 통해 배출된 냉각 공기가 제2 배출 통로(140b)가 형성된 제2 챔버 구획 돌기(139b)의 내측 벽면에 부딪혀 충돌하도록 유도함과 아울러 냉각 유체의 충돌 이후에 제2 배출 통로들(140b)을 통해 외부로 직접 빠져 나간 일부를 제외하고 나머지가 제2 배출 통로(140b)가 형성된 제2 챔버 구획 돌기(139b)의 내측 벽면에 부딪혀 뒤쪽으로 선회하며 발생된 맴돌이 형태의 와류를 통해 난류 강도를 증가시켜 방열 효과를 높이도록 한다.

이처럼, 제1 냉각 챔버(138a) 및 제2 냉각 챔버(138b)를 통해 냉각 공기와의의 열교환 면적을 넓히고 및 냉각 공기의 충돌 효과 및 내부 난류 강도 증가를 통해 히트 쉴드 세그먼트(130)의 양쪽 측부(136)에서 발생하는 높은 열 부하에 대한 냉각 효율을 증가시켜 중간부(135)와의 냉각 편차 발생 없이 균일하게 냉각시킬 수 있도록 한다.

한편, 본 실시예에서 제1 배출 통로(140a)와 제2 배출 통로(140b)가 히트 쉴드 세그먼트(130)의 길이 방향과 수직하는 폭 방향을 따라 관통 형성되는 것을 예시하나, 제1 냉각 챔버(138a) 및 제2 냉각 챔버(138b)를 경유하는 냉각 공기의 정체 기간 및 유동 속도의 조절을 위해 히트 쉴드 세그먼트의 길이 방향과 예각 또는 둔각을 이루며 좀더 다양한 각도로 형성할 수 있음은 당연하다.

또한, 본 실시예에서 제1 배출 통로(140a)와 제2 배출 통로(140b)는 폭 방향으로 동일 단면적을 가지며 관통 형성되는 것을 예시하나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 상기 각 챔버 구획 돌기부(139a, 139b)에 형성된 상기 배출 통로들(140a, 140b) 중 적어도 하나 이상이 폭 방향을 따라 단면적이 가변되게 관통 형성할 수도 있다.

도 11은 도 5의 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 제1 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.

도 11을 참조하여 설명하면, 배출통로(240)에 대한 제1 변형예에서는 제1 배출 통로(240a)와 제2 배출 통로(240b)가 서로 다른 단면 크기를 가지고 형성되되, 내측의 제1 챔버 구획 돌기(139a)에 형성된 제1 배출 통로(240a)보다 외측의 제2 챔버 구획 돌기(139b)에 형성된 제2 배출 통로(240b)가 더 큰 단면적을 가지고 형성되는 것을 예시한다.

이처럼, 내측에 위치한 제1 배출 통로(240a)의 단면적보다 외측에 위치한 배출 통로(240b)의 단면적을 더 크게 형성함으로써, 중간부(135), 제1 냉각 챔버(138a) 및 제2 냉각 챔버(138b)를 경유하며 열교환을 통해 점차 가열된 냉각 공기가 점차 빠르게 배출되도록 유도해 줌으로서 양측 측부(136)에서의 냉각 효율을 높일 수 있도록 한다.

도 12는 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 제2 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이며, 도 13은 도 12의 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 관통 형상에 대한 추가적인 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.

도 12을 참조하여 설명하면, 배출 통로(340)에 대한 제2 변형예에서는 제1 배출 통로(340a)는 인접하게 관통 형성되는 유출 통로(134)와 동일한 단면의 직경을 가지고 폭 방향으로 관통 형성되나, 제2 배출 통로(340b)는 폭 방향을 따라 외측으로 단면의 직경이 확대되는 일정의 디퓨져 형태로 관통 형성되는 것을 예시한다.

이처럼, 제2 변형예에 따른 배출 통로(340)은, 전술한 제1 실시예와 비교해, 제2 배출 통로(340b)를 폭 방향을 따라 단면적이 가변되는 디퓨져 형태로 형성함으로써 제2 냉각 챔버(138b)로부터 배출되는 냉각 공기가 제2 배출 통로(340b)를 통해 배출되는 과정에서 제2 배출 통로(340b)의 배출 단부로 갈수록 점차 배출 속도를 줄여주되 배출 압력을 높여주게 된다.

그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 배출 통로(340a) 및/또는 제2 배출 통로(340b)를 전술한 바와 같이 폭 방향으로 동일 단면적 가지고 관통 형성되거나 단면적이 점차 확대되는 디퓨져 형태뿐만 아니라, 폭 방향 외측으로 갈수록 단면적이 점차 줄어드는 노즐 형태 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있도록 다양하게 변형하여 적용할 수 있다.

한편, 제1 배출 통로(340a) 및/또는 제2 배출 통로(340b)가 노즐 형태로 형성되는 경우 전술한 디퓨져 형태와는 반대로 배출되는 냉각 공기가 배출 통로를 따라 배출 단부로 갈수록 배출 속도를 높여주되 배출 압력을 작아지게 된다.

이처럼, 제1 배출 통로(340a) 및 제2 배출 통로(340b)의 폭 방향에 따른 단면 변화를 통해 배출되는 냉각 공기의 유동 속도를 일정하게, 점차 느려지게 또는 점차 빨라지게 조절해 줌으로서, 히트 쉴드 어셈블리(100)의 양쪽 측부(136)에서 외부로 배출되는 냉각 공기의 체류 기간을 조절하여 냉각판부(131)의 중간부(135)와 양쪽 측부(136)의 냉각 효율을 높이되 균일하게 냉각되도록 하여 이들 사이에 발생하는 냉각 편차에 의해 변형 및 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한다.

도 14는 도 5의 챔버 구획 돌기부에 형성되는 배출 통로의 제3 변형예를 도시한 히트 쉴드 세그먼트의 부분 정단면도이다.

도 14을 참조하여 설명하면, 본 발명의 배출 통로(440)에 대한 제3 변형예서는, 전술한 제1 실시예와 비교해, 상기 제1 및 제2 챔버 구획 돌기부(139a, 139b)에 형성된 상기 제1 및 제2 배출 통로(138a, 138b)의 상부가 개방되게 관통 형성되는 것을 예시한다.

물론, 배출 통로(440)에 대한 제3 변형예에서는 상기 제1 및 제2 배출 통로(440a, 440b) 모두가 상측이 개방되게 관통 형성되는 것을 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 제1 배출 통로(440a) 및 제2 배출(440b) 통로 중에서 어느 하나 이상의 상측이 개방되게 관통 형성할 수 있음은 당연하다.

한편, 상기 제1 및 제2 배출 통로(440a, 440b)에 의해 개방된 제1 및 제2 챔버 구획 돌기부(139a, 139b)의 상면은 그 위에 얹혀져 결합되는 상기 고정 클램프(120)의 고정 단부(121) 바닥에 의해 폐쇄되게 된다.

이처럼, 제1 배출 통로(440a) 및/또는 제2 배출 통로(440b)의 상측이 개방되게 형성하도록 함으로써, 제1 배출 통로(440a) 및/또는 제2 배출 통로(440b)의 단면적의 최대 폭(직경)의 크기와 관통 높이를 제1 챔버 구획 돌기부(139a) 및 제2 챔버 구획 돌기부(139b)의 높이에 제한 받지 않고 좀더 자유롭게 관통 형성할 수 있도록 한다.

또한, 제1 배출 통로(440a) 및/또는 제2 배출 통로(440b)의 상측이 개방되게 형성하도록 함으로써, 냉각 챔버(138) 및 배출 통로(440)를 통해 배출되도록 유동하는 냉각 공기가 상기 고정 클램프(120)의 고정 단부(121) 바닥과 접하도록 하여 냉각판부(131)로부터 고정 구획벽부(132)와 걸림 돌기(133)를 통해 상기 고정 클램프(120)로 전도된 열의 일부를 냉각시킬 수 있도록 한다.

또한, 도면에 도시하고 있지는 않지만 상기 각 챔버 구획 돌기부(139a, 139b)에 형성된 상기 배출 통로(440a, 440b)들 적어도 하나 이상은 2개 이상의 단면 중심이 서로 다른 편심을 가지고 포개어지게 하여 좀더 다양한 단면적 형태를 가지고 관통 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예 및 변형예들을 통한 히트 쉴드 세그먼트(130)는, 전술한 종래 히트 쉴드 세그먼트들과 비교해, 상기 냉각판부(131)의 양쪽 측부(136)에서 상기 고정 구획벽부(132)와 사이에 폭 방향으로 적어도 1열 이상의 냉각 챔버(138)를 구획하도록 쳄버 구획 돌기부(139)를 형성하여, 고정 구획벽부(132)에 관통 형성된 유출 통로들(134)을 통해 냉각판부(131)의 중간부(135)로부터 양쪽 측부(136)의 상기 제1 냉각 챔버(138a) 및 제2 냉각 챔버(138b) 내부로 유입된 냉각 공기가 제1 배출 통로(140a, 240a, 340a, 440a) 및 제2 배출 통로(140b, 240b, 340b, 440b)를 통해 외부로 배출되도록 하는 과정에서 제1 냉각 챔버(138a) 및 제2 냉각 챔버(138b)에 의한 전열 면적 확대, 냉각 공기가 제1 챔버 구획 돌기(139a) 및 제1 챔버 구획 돌기(139b)의 내벽면에 부딪혀 발생하는 유체 충돌 및 냉각 챔버 내부의 난류 강도 증가에 통해 히트 쉴드 세그먼트의 양쪽 측부의 냉각 효율을 향상시키도록 함과 아울러 양쪽 측부와 중간부 사이의 냉각 편차를 줄여 열적 불균일에 의한 변형 및 파손을 방지할 수 있게 된다.

실험예

이하, 전술한 본원 발명의 히트 쉴드 세그먼트((b), (c), (d))와 양쪽 측부에서 사선 형태의 배출 통로를 가지는 에 개시된 종래 히트 쉴드 세그먼트((a); US 6,302,642 B1)와 비교하여, 도 15 내지 도 23에 도시한 바와 같이, 압력차(Press Difference), 변형(Deformation), 내부 열전달, 슈라우드(shroud)면에서의 온도, 슈라우드 면에서의 열응력, 열응력 분포 등에 대한 시뮬레이션을 수행 하였다.

여기서, (b)는 도 3에 도시한 바와 같이 제1 실시예 따른 히트 쉴드 세그먼트를 나타내고, (c)는 도 11에 도시한 바와 같이 배출 통로의 제1 변형예가 적용된 히트 쉴드 세그먼트를 나타내며, (d)는 도 12에 도시한 바와 같이 배출 통로의 제2 변형예가 적용된 히트 쉴드 세그먼트를 나타낸다.

그리고, 상기 시뮬레이션은 ANSYS 14.5　CFX를 사용하였고, 실험 조건은 Ideal Gas Air, RNG k-ε turbulence model를 적용하였으며, 입구쪽의 전체 압력(Total Pressure) 및 정지온도(Static Temperature)을 27.6bar 및 341.46℃로, 출구측의 유량(Mass flow)을 0.024kg/s으로 하되, 길이 방향쪽 제3 배출 통로측(Outlet3; 미도시)과 이를 기준으로 좌, 우 양측 제1 및 제2 배출 통로측(Outlet1, Outlet2)의 유량비를 1: 0135: 1로 설정하였으며, 전방측 출구폭은 0.4mm, 좌측 출구폭과 우측 출구폭은 1.5mm로 설정하였고, 냉각판부의 바닥 온도는 1000℃로 설정하였다.

도 15는 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트의 냉각 공기의 압력차를 나타내는 그래프이다.

도 15를 참조하여 설명하면, 길이 방향쪽 제3 배출 통로측(Outlet3; 미도시)과 이를 기준으로 좌, 우 양측 제1 및 제2 배출 통로측(Outlet1, Outlet2)를 통한 냉각 공기의 배출 압력 차이를 비교해 보면, 사선 형태의 배출 통로를 가지는 종래 히트쉴드 세그먼트(a)보다 본원 발명의 제1 실시예 및 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트((b), (c), (d))가 좀더 낮고 균일하게 형성되는 것을 알 수 있었다.

도 16은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트에 발생된 변형량을 비교 실험한 결과를 도시한 도면이다.

도 16에 도시한 바와 같이, 종래 히트쉴드 세그먼트(a)는 변형 발생 부위가 중심 부분에 좀더 넓게 분포하는 반면에, 냉각 챔버가 적용된 본원 발명의 히트 쉴드 세그먼트들((b), (c), (d))은 냉각 챔버에 의한 양쪽 측부의 냉각 효과로 인해 변형 발생 부위가 종래 히트 쉴드 세그먼트(a) 보다 중심부에 더 작게 분포되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 배출 통로가 동일 크기로 형성되는 본원 발명의 제1 실시예 따른 히트쉴드 세그먼트(b)가 배출 통로들의 각 단면 크기가 단계적으로 확대되게 형성되는 제1 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트(c)나 배출 통로의 단면적이 디류져 형태로 점착 확대되게 형성되는 2 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트(d) 보다는 변형 발생 부위가 더 작게 형성되는 것을 알 수 있다.

또한, 제1 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트(c)와 배출 통로의 단면적이 디류져 형태로 점착 확대되게 형성되는 제2 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트(d)는 변형 발생 부위가 거의 동일한 크기로 발생하는 것을 알 수 있다.

도 17은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트에 발생된 변형량을 비교 실험한 결과를 도시한 도면이다.

도 17은 참조하여 설명하면, 종래 히트쉴드 세그먼트(a)의 양측 측부에 대한 내부 열전달율이 각각 57.39 및 58.97인 것에 반하여, 본원 발명의 제1 실시예 따른 히트쉴드 세그먼트(b)의 내부 열전달율은 각각 66.87 및 66.61이고, 제1 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트(c)의 내부 열전달율은 각각 65.17 및 6.09이며, 제2 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트(d)의 내부 열전달율은 60.77 및 60.88으로 냉각 챔버에 의한 냉각 효과에 의해 좀더 높게 나타남을 알 수 있다.

상기한 내부 열잘단율은 무차원수인 뉴셀트수[Nusselt Number; Nu={(h; 대류열전달계수)*(L; 특성 길이)}/(k; 공기의 열전도율)]로 나타내었으며, 여기서, 뉴셀트수(Nu)가 클수록 강제 대류 유동에서 대류 열전달의 크기가 크다는 것을 의미한다.

도 18은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트의 슈라우드 면에 발생된 온도를 비교한 것이고, 도 19은 본 발명의 히트 쉴드 세그먼트들과 종래 히트 쉴드 세그먼트의 슈라우드 면에 발생된 열응력을 비교한 것이다.

그리고, 도 20는 종래 히트 쉴드 게그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이고, 도 21은 도 3의 히트 쉴드 세그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이며, 도 22은 도 11의 히트 쉴드 세그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이며, 도 23는 도 12의 히트 쉴드 세그먼트의 열응력 분포를 도시한 도면이다.

도 19 및 도 22의 각 히트 쉴드 세그먼트들의 열응력 분포와 함께 도 17 및 도 18을 참조하여 설명하면, 종래 히트쉴드 세그먼트(a)의 온도 분포는 중간부보다 양쪽 측부로 갈수록 더 보다 높은 온도 차가 발생하고 이에 따라 불균일한 열응력 분포를 가지는 것과 비교해 본 발명의 제1 실시예 및 변형예에 따른 히트 쉴드 세그먼트 (b), (c), (d)에서는 중간부와 양쪽 측부의 온도 편차 없이 좀더 균일한 열응력 분포를 갖는 것을 알 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 가스 터빈 10: 블레이드
11: 연소 가스 통로 12: 터빈 베인 케리어 링
13: 케이싱 14: 공기 유출 통로
100: 히트 쉴드 어셈블리 110: 고정 클램프
111: 고정 단부 120: 충돌 채널
121: 미세 통공 130: 히트 쉴드 세그먼트
131: 냉각판부 132: 고정 구획벽부
133: 걸림 돌기 134: 유출 통로
137, 237, 370, 470, 570: 채널 지지부 137a: 공기 유동 가이드판부
137b: 받침 기둥부 138: 냉각 챔버
138a; 제1 냉각 챔버 138b; 제2 냉각 챔버
139: 챔버 구획 돌기부 139a: 제1 챔버 구획 돌기
139b: 제2 챔버 구획 돌기 140, 240, 340, 440: 배출 통로
140a, 240a, 340a, 440a: 제1 배출 통로
140b, 240b, 340b, 440b: 제2 배출 통로
273b: 보강 리브 371: 공기 유동 가이드 플레이트
471. 472: 지지 냉각 기둥 571: 지지 기둥
572: 냉각 돌기

Claims (14)

1. 가스 터빈의 연소 가스 통로 상에서 연소가스 실링을 위해 블레이드 선단부와 인접하게 원주 방향을 따라 고정 클램프들을 통해 연속 고정되며, 충돌 채널의 미세 통공들을 통해 유입된 공기의 내부 유동을 통해 냉각되도록 하는 복수의 히트 쉴드 세그먼트를 포함하고,
   
   상기 각 히트 쉴드 세그먼트들은,
   상기 가스 터빈의 케이싱 내주면에 대응되게 길이 방향을 따라 기설정된 곡률을 가지고 형성되는 냉각판부;
   상기 냉각판부의 외측면 상에서 폭 방향으로 중간부와 양쪽 측부를 구획하도록 길이 방향을 따라 돌출 형성되고, 상기 양쪽 측부상에 상기 고정 클램프의 고정 단부가 걸려 고정되게 복수의 걸림 돌기들이 형성되는 한 쌍의 고정 구획벽부;
   상기 고정 구획벽부들 사이에 끼워진 상기 충돌 채널을 받쳐 지지하도록 상기 냉각판부의 중간부 상면에서 길이 방향을 따라 간격을 두고 돌출 형성되는 채널 지지부;
   상기 냉각판부의 양쪽 측부에서 상기 고정 구획벽부와 사이에 폭 방향으로 적어도 1열 이상의 냉각 챔버를 구획하도록 돌출 형성되며, 상기 고정 구획벽부에 관통 형성된 유출 통로들을 통해 상기 중간부로부터 상기 냉각 챔버 내부로 배출된 냉각 공기가 와류 상태의 체류 과정을 거치며 외부로 배출되게 배출 통로가 관통 형성되는 하나 이상의 챔버 구획 돌기부;를 포함하고,
   
   상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성된 상기 배출 통로들 중 적어도 하나 이상이 폭 방향을 따라 단면적이 가변되게 관통 형성되는 가스 터빈용 히트 쉴드.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 챔버 구획 돌기부는 2개 이상으로 이루지고,
   상기 각 챔버 구획 돌기부들 마다 서로 다른 크기의 단면적을 가지고 상기 배출 통로들이 관통 형성되는 가스 터빈용 히트 쉴드.
   
4. 제3항에서,
   상기 배출 통로들은 내측에 위치한 배출 통로의 단면적보다 외측에 위치한 배출 통로의 단면적이 더 크게 형성되는 가스 터빈용 히트 쉴드.
   
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 가변 단면적 갖는 상기 배출 통로는 상기 냉각판부의 양쪽 측단부로 갈수록 단면적이 축소 또는 확대되게 형성되는 가스 터빈용 히트 쉴드.
   
7. 제3항, 제4항 또는 제6항 중에서 선택된 어느 한 항에서,
   상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성된 상기 배출 통로들 중 적어도 하나 이상은 상부가 개방되게 관통 형성되는 가스 터빈용 히트 쉴드.
   
8. 제7항에서,
   상기 각 챔버 구획 돌기부에 형성된 상기 배출 통로들 중 적어도 하나 이상은 2개 이상의 단면 중심이 서로 다른 편심을 가지고 포개어지게 관통 형성되는 가스 터빈용 히트 쉴드.
   
9. 제1항에서,
   상기 채널 지지부는,
   상기 냉각판부의 중간부 중심부에서 폭 방향으로 돌출 형성되는 공기 유동 가이드판부; 및
   상기 공기 유동 가이드판부 돌출 판부 양측 단부에 각각 돌출 형성되는 받침 기둥부;을 포함하는 가스 터빈용 히트 쉴드.
   
10. 제9항에서,
    상기 공기 유동 가이드판부의 중심부에는 길이 방향을 따라 교차되게 연장 형성되는 보강 리브를 더 포함하는 가스 터빈용 히트 쉴드.
    
11. 제1항에서,
    상기 채널 지지부는 길이 방향을 따라 간격을 두고 중심으로부터 양단부가 부등호 형태로 절곡 형성되는 공기 유동 가이드 플레이트들로 이루어지는 가스 터빈용 히트 쉴드.
    
12. 제1항에서,
    상기 채널 지지부는 상기 냉각판부의 중간부에서 서로 간격을 두고 돌출 형성된 복수의 지지 냉각 기둥들로 이루어지는 가스 터빈용 히트 쉴드.
    
13. 제12항에서,
    상기 지지 냉각 기둥들은 길이 방향을 따라 교번하며 서로 다른 높이 차를 두고 형성되는 가스 터빈용 히트 쉴드.
    
14. 제1항에서,
    상기 채널 지지부는,
    상기 채널 지지부는 상기 냉각판부의 중간부에서 서로 간격을 두고 돌출 형성된 복수의 지지 냉각 기둥; 및
    상기 지지 냉각 기둥들 사이에서 서고 간격을 두고 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 냉각 돌기;를 포함하는 가스 터빈용 히트 쉴드.
    

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