KR20060053869A - 소형 열교환기 페데스탈 어레이 내에서의 열전달 증가 장치 - Google Patents

소형 열교환기 페데스탈 어레이 내에서의 열전달 증가 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20060053869A
KR20060053869A KR1020050065063A KR20050065063A KR20060053869A KR 20060053869 A KR20060053869 A KR 20060053869A KR 1020050065063 A KR1020050065063 A KR 1020050065063A KR 20050065063 A KR20050065063 A KR 20050065063A KR 20060053869 A KR20060053869 A KR 20060053869A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
turbulence generator
pedestal
heat exchanger
cooling fluid
component
Prior art date
Application number
KR1020050065063A
Other languages
English (en)
Inventor
크리스토퍼 알. 조
폴 엠. 루첸
Original Assignee
유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 filed Critical 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Publication of KR20060053869A publication Critical patent/KR20060053869A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2212—Improvement of heat transfer by creating turbulence
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

기계 내에서의 열전달을 증가시키는 소형 열교환기 페데스탈(Pedestal) 어레이가 개시되어 있다. 소형 열교환기 페데스탈 어레이는 제1 및 제2 표면을 갖는 벽을 포함한다. 제1 표면은 가열된 유체 유로를 향하며 제2 표면은 냉각 유체를 위한 유로를 부분적으로 형성한다. 복수개의 페데스탈이 벽의 제2 표면으로부터 연장한다. 적어도 1개의 난류 발생기 스트립이 인접한 페데스탈들 사이에서 연장한다. 난류 발생기 스트립 및 페데스탈은 냉각 유체의 혼합이 벽으로부터 냉각 유체로의 열전달을 증가시키게 하도록 작동 가능하다.
소형 열교환기, 벽, 페데스탈, 난류 발생기 스트립

Description

소형 열교환기 페데스탈 어레이 내에서의 열전달 증가 장치{HEAT TRANSFER AUGMENTATION IN A COMPACT HEAT EXCHANGER PEDESTAL ARRAY}
도1은 개시된 발명에 따라 구성된 가스 터빈 엔진의 단면도.
도2는 도1의 엔진의 터빈 블레이드 및 블레이드 외부 공기 밀봉부를 부분적으로 도시하는 확대 단면도.
도3은 최종 유체 스트림 라인도 묘사하는 소형 열교환기 페데스탈(Pedestal) 어레이의 평면도.
도4는 도3의 소형 열교환기 페데스탈 어레이의 측면도.
도5는 벽의 일부가 마이크로회로 페데스탈 어레이를 도시하도록 절결된 상태의 터빈 블레이드.
도6은 도5의 터빈 블레이드의 단면도.
도7은 마이크로회로 페데스탈 어레이를 명확하게 도시하는 도6의 원 부분의 확대도.
도8은 블레이드 외부 공기 밀봉부의 사시도.
도9는 도8의 블레이드 외부 공기 밀봉부의 절결도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 가스 터빈 엔진
12: 외부 케이스
14: 회전자
15: 샤프트
16: 노즈콘
18: 입구
20: 압축기
22: 연소기
24: 터빈
25: 고정자
26: 노즐
본 발명은 계약 번호 제F33615-03-D-2354호 하에서 미국 정부의 공군과의 계약에 의해 또는 계약 하에서 행해졌다.
본 발명은 고온 부품 내에서의 열전달을 증가시키는 소형 열교환기 페데스탈 어레이에 관한 것으로, 특히 가스 터빈 엔진의 고온 부품 내에서의 열전달을 증가시키는 것에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진 내의 내부 부품은 부품을 형성하는 데 사용된 금속 합금의 용융점을 초과하는 배기 가스 유동 온도에 노출될 수 있다. 이들 부품은 연소기, 터빈 및 노즐을 포함한다. 이러한 부품 내에서의 열전달을 증가시키는 내부 냉각 회로가 공지되어 있다. 예컨대, 2002년 6월 11일자로 크바스낙 등에게 허여된 미국 특허 제6,402,470호는 가스 터빈 엔진에서 사용된 벽의 제1 벽 부분과 제2 벽 부분 사이에 배치된 냉각 회로를 개시하고 있고, 1개 이상의 입구 구멍 그리고 1개 이상의 출구 구멍을 포함한다. 입구 구멍은 냉각 회로 내로의 냉각 기류 통로를 제공하며 출구 구멍은 냉각 회로의 외부로의 냉각 기류 통로를 제공한다. 냉각 회로는 제1 벽 부분과 제2 벽 부분 사이에서 연장된 복수개의 제1 페데스탈을 포함한다.
요구된 냉각 유체의 양을 최소화하면서 고온 부품으로부터의 열전달을 증가시켜 그에 따라 엔진 성능을 최대화하는 것이 바람직할 것이다. 개선된 소형 열교환기가 개시된 발명에 의해 예상된다.
개시된 발명의 하나의 태양에 따르면, 고온 부품을 갖는 기계 내에서의 열전달을 증가시키는 소형 열교환기가 제공된다. 소형 열교환기는 제1 및 제2 표면을 갖는 벽을 포함한다. 제1 표면은 대체로 가열된 유체 유로에 노출된다. 벽의 제2 표면은 냉각 유체를 위한 유로를 부분적으로 형성한다.
복수개의 페데스탈이 벽의 제2 표면으로부터 연장한다. 적어도 1개의 난류 발생기 스트립이 냉각 마이크로회로 내에 인접하게 위치된 페데스탈들 사이에서 연장한다. 소형 열교환기는 냉각 유체가 페데스탈 및 난류 발생기 스트립을 횡단하여 유동하게 하는 적어도 1개의 입구를 포함한다. 소형 열교환기는 냉각 유체가 나가게 하는 적어도 1개의 출구를 추가로 포함한다. 난류 발생기 스트립 및 페데스탈은 난류 혼합을 유발하여 벽으로부터 냉각 유체로의 열전달을 증가시키도록 냉각 유체 유동을 혼란시킨다.
개시된 발명의 또 다른 태양에 따르면, 열전달을 증가시키는 내부 구조를 갖는 가스 터빈 엔진 내의 부품은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 벽을 포함한다. 벽의 제1 표면은 가열된 유체 유로를 향하며 제2 표면은 냉각 유체를 위한 유로를 부분적으로 형성한다. 복수개의 페데스탈이 벽의 제2 표면으로부터 연장하며 적어도 1개의 난류 발생기 스트립이 인접하게 위치된 페데스탈들 사이에서 연장한다. 난류 발생기 스트립의 높이는 페데스탈의 높이보다 실질적으로 작을 수 있다. 냉각 유체가 페데스탈 및 난류 발생기 스트립을 횡단하여 유동하게 하는 적어도 1개의 입구 그리고 냉각 유체가 냉각 유체 유로의 외부로 나가게 하는 적어도 1개의 출구가 제공된다.
개시된 발명의 또 다른 태양에 따르면, 가스 터빈 엔진 내에서의 열전달을 증가시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 냉각 유체를 위한 유로를 형성하는 단계를 포함한다. 유로는 제1 표면이 고온 유로를 향하며 제2 표면이 냉각 유체 유로를 향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 벽을 포함한다. 복수개의 페데스탈이 벽의 제2 표면 상에 형성되며 하는 적어도 1개의 난류 발생기 스트립이 인접한 페데스탈들 사이에 위치된다.
개시된 발명의 또 다른 태양에 따르면, 고온 벽을 냉각시키는 소형 열교환기는 고온 유체에 노출된 외부 표면 그리고 냉각 유체에 노출된 내부 표면을 갖는 벽 을 포함한다. 내부 표면으로부터 연장된 적어도 1개의 페데스탈이 제1 소정 높이를 갖는다. 냉각 유체의 유로에 대해 어떤 경사 각도로 각각의 페데스탈로부터 연장된 적어도 1개의 난류 발생기 스트립이 페데스탈의 제1 소정 높이보다 작은 제2 소정 높이를 갖는다.
본 발명의 다른 응용은 본 발명을 실시하도록 고려된 가장 우수한 모드의 다음의 설명이 첨부 도면과 연계하여 읽혀질 때 당업자에게 명확해질 것이다.
다음의 개시된 발명은 다양한 변형 및 대체 구성을 포함하며, 특정 실시예가 도면에 도시되었으며 다음에 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 개시된 특정 형태로 개시된 발명을 제한하고자 하지 않으며 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된 바와 같은 개시된 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 변형, 대체 구성 및 등가물을 포함하고자 한다는 것이 이해되어야 한다.
개시된 발명은 가스 터빈 엔진에서 사용된 것과 같은 가열 부품 내에서의 열전달을 증가시키는 소형 열교환기 페데스탈 어레이를 제공한다. 이들 부품은 연소기 라이너, 터빈 베인, 터빈 블레이드, 블레이드 외부 공기 밀봉부, 노즐 부품 그리고 고온 배기 가스에 노출되는 다른 부품을 포함할 수 있지만 그에 제한되지 않는다.
이제, 도1을 참조하면, 전형적인 가스 터빈 엔진(10)의 단면도가 도시되어 있다. 가스 터빈 엔진(10)은 내부 터보-기계 부품을 보유하며 항공기(도시되지 않음)에 엔진(10)을 부착하는 외부 케이스(12)를 포함한다. 가스 터빈 엔진(10)은 엔진의 전방으로부터 엔진의 후방으로 연장된 샤프트(15)를 갖는 회전자(14)를 포함한다. 케이싱(12)은 공기가 노즈콘(16, nosecone)을 지나 엔진(10) 내로 진입하는 입구(18)를 형성한다. 회전자는 적어도 1개의 압축 스테이지를 갖는 축 방향 압축기(20)를 포함할 수 있다. 압축기(20)는 공기를 압축하여 연소기(22)로 압축 공기를 분배하도록 작동 가능하다. 연료는 압축 공기와 혼합되며 연소기(22) 내에서 점화된다. 연소 가스 혼합물은 터빈(24)을 통해 고속으로 팽창한다. 또한, 터빈(24)은 복수개의 스테이지를 가질 수 있다. 터빈 고정자(25)는 터빈(24)의 다음 스테이지로 진입하기 전에 불안정한 와류 및 체계적이지 않은 유동 패턴을 제거하여 가스 유동의 소정 속도 프로파일을 제공하도록 각각의 터빈 회전자 스테이지들 사이에 위치될 수 있다. 노즐(26)은 질량 유동의 속도를 증가시켜 항공기를 추진하는 데 요구된 추력을 발생시키도록 터빈(24)으로부터 나가는 유동을 가속시킨다.
이제, 도2를 참조하면, 터빈 회전자 블레이드(30) 및 블레이드 외부 공기 밀봉부(36)의 일부의 확대도가 도시되어 있다. 터빈 회전자 블레이드(30)는 비교적 높은 RPM으로 회전하며 터빈 블레이드 팁(34)과 블레이드 외부 공기 밀봉부(36) 사이에 최소 간극 영역(32)을 유지한다. 터빈 블레이드(30)는 회전 부품이며 블레이드 외부 공기 밀봉부(36)는 고정 부품이지만, 이들 부품 모두는 화살표 38에 의해 도시된 방향으로 대체로 이동하는 가열된 배기 유동에 노출된다.
이제, 도3 및 도4를 참조하면, 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)가 각각 평면도 및 측면도로 도시되어 있다. 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)는 전술된 터빈 블레이드(30) 및 블레이드 외부 공기 밀봉부(36) 등의 고온 배기 가스에 노출 된 부품들 내에서의 열전달을 증가시키도록 작동한다. 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)는 내부 냉각 유로 전체를 통해 단속적으로 이격된 복수개의 페데스탈(40)을 포함한다. 복수개의 난류 발생기 스트립(42)이 각각의 페데스탈(40)로부터 연장한다. 난류 발생기 스트립(42) 및 페데스탈(40)은 도3 및 도4에서 곡선(44)에 의해 도시된 유체 스트림 라인을 적어도 부분적으로 방해한다. 스트림 라인(44)에 대한 부분적인 방해는 냉각 유동을 혼란시키며 냉각 유체의 난류 혼합을 유발한다. 난류 혼합은 제1 표면(48) 상에서의 가열된 배기 가스 유동에 대한 노출로 인해 가열된 벽(46)으로부터의 열전달을 증가시킨다. 냉각 유동은 벽(46)의 제2 표면(50)의 일부와 직접적으로 접촉한다. 이는 도4에 개략적으로 도시되어 있지만, 다음에 실제 하드웨어에서 추가로 설명될 것이다.
소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)는 냉각 유동이 페데스탈(40) 및 난류 발생기 스트립(42)을 횡단하여 유동하게 하는 화살표 52에 의해 도시된 적어도 1개의 입구(52)를 포함한다. 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)는 화살표 54에 의해 도시된 적어도 1개의 출구를 추가로 포함한다. 난류 발생기 스트립(42)의 높이 H1은 페데스탈(40)의 높이 H2보다 실질적으로 작을 수 있다. 또한, 난류 발생기 스트립(42)은 난류 발생기 스트립(42)이 난류 발생기 스트립(42)의 직하류에 위치된 페데스탈(40)을 향해 냉각 유동을 적어도 부분적으로 지향시키도록 냉각 유체의 일반적인 유로에 대해 어떤 각도로 형성된다. 난류 발생기 스트립(42)의 경사 배치 구성은 페데스탈(40)만 사용한 것에 비해 냉각 유체의 증가된 혼합을 보증한다. 이와 같이, 난류 발생기 스트립(42)은 벽(46)과 냉각 유체 사이의 열전달 계수를 증가시 킨다.
하나의 실시예에서, 각각의 페데스탈(40)은 4개의 난류 발생기 스트립(42)에 연결될 수 있지만, 이러한 숫자는 설계의 성질 그리고 부품의 내부 기하 형상의 복잡성에 따라 작거나 클 수 있다. 난류 발생기 스트립(42)은 벽(46)의 제2 표면(50)에 바로 인접하게 위치될 수 있거나, 대신에 원하는 양의 냉각 유체가 난류 발생기 스트립(42)과 벽(46)의 제2 표면 사이를 통과할 수 있도록 된 소정 분리량을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진에서, 냉각 유체는 전형적으로 주변 공기에서 압축되지만, 에틸렌 글리콜, 프로폴렌 글리콜, 증기 등의 유체가 예컨대 내연 기관, 증기 터빈 및 열교환기 등의 다른 분야에서 사용될 수 있다.
소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)는 비교적 얇은 벽 두께 및 작은 전체 크기의 기하 형상을 갖는 어떤 개수의 가열된 부품에서 이용될 수 있다. 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)는 매우 작은 냉각 유동 채널을 갖는 부품들에서 가장 유리하게 이용된다. 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)에는 대략 0.127 ㎜(0.005 인치) 내지 0.254 ㎜(0.010 인치)의 작은 높이 그리고 대략 0.254 ㎜(0.010 인치) 내지 0.508 ㎜(0.020 인치)의 폭을 갖는 난류 발생기 스트립(42)이 형성될 수 있다. 페데스탈은 0.381 ㎜(0.015 인치) 내지 0.762 ㎜(0.030 인치)의 직경을 가질 수 있다. 페데스탈의 높이는 대략 0.305 ㎜(0.012 인치) 내지 0.635 ㎜(0.025 인치)일 수 있다. 이러한 치수는 단지 예로써 제공되며 페데스탈(40) 및 난류 발생기 스트립(42)의 치수 크기는 설계 적용에 따라 변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
이제, 도5, 도6 및 도7을 참조하면, 터빈 블레이드(30) 또는 그 일부가 그 내에 형성된 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)와 더불어 도시되어 있다. 소형 열교환기 페데스탈 어레이(10)는 도7에 가장 잘 도시된 외부벽(46)에 인접하게 배치된다. 각각의 페데스탈(40)은 벽(46)의 내부 또는 제2 표면(50)과 대향 내부 표면(60) 사이에서 연장할 수 있다. 냉각 통로(62)가 외부벽(46)의 제2 표면(50) 그리고 내부벽(66)의 대향 표면(60)에 의해 한정된다. 특히, 도5를 참조하면, 냉각 유체가 화살표 67에 의해 도시된 입구를 통해 터빈 블레이드(30) 내로 진입한다. 냉각 유체는 페데스탈 어레이(10)를 통해 이동하며 화살표 69에 의해 도시된 출구로부터 나온다.
이제, 도8을 참조하면, 블레이드 외부 공기 밀봉부(36)의 일부가 도시되어 있다. 냉각 유체 입구 포트(70)는 블레이드 외부 공기 밀봉부(36)의 표면(71)을 통해 형성될 수 있다. 냉각 유체 출구 포트(72)는 블레이드 외부 공기 밀봉부(36)의 측벽(74) 내에 형성될 수 있다. 블레이드 외부 공기 밀봉부(36)의 하부벽(46)은 고온 배기 가스 유동에 노출된다. 소형 열교환 페데스탈 어레이(10)는 하부벽(46)을 냉각시키도록 블레이드 외부 공기 밀봉부(36) 내에 형성된다.
블레이드 외부 공기 밀봉부(36)의 절결도가 도9에 도시되어 있다. 섹션(73)이 그 내에 배치된 마이크로회로 페데스탈 어레이(10)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 다중 섹션은 열전달 요건이 부품을 횡단하여 변할 때 형성될 수 있다. 출구 포트(72)는 이러한 도면에서 명확하게 보일 수 있다. 출구 포트(72)는 냉각 유동이 마이크로회로 페데스탈 어레이(10)의 외부로 통과하게 한다. 입구 포트(70)는 도9에 도시되어 있지 않다.
선행된 텍스트가 본 발명의 다수의 상이한 실시예의 상세한 설명을 기재하고 있지만, 본 발명의 합법적 범주는 본원의 말미에 기재된 특허청구범위에 의해 한정된다는 것이 이해되어야 한다. 상세한 설명은 예시적인 것으로만 해석되어야 하며, 모든 가능한 실시예를 설명하는 것이 가능하지만 실용적이지 않으므로 본 발명의 모든 가능한 실시예를 설명하지는 않는다. 다수의 대체 실시예가 기존의 기술 또는 본원의 출원일 후 개발된 기술 중 하나를 사용하여 실시될 수 있지만, 이는 여전히 본 발명을 한정하는 특허청구범위의 범주 내에 속한다.
본 발명에 따르면, 요구된 냉각 유체의 양을 최소화하면서 고온 부품으로부터의 열전달을 증가시켜 그에 따라 엔진 성능을 최대화하는 개선된 소형 열교환기가 제공된다.

Claims (49)

  1. 고온 부품을 갖는 기계 내에서의 열전달을 증가시키는 냉각 소형 열교환기에 있어서,
    가열된 유체 유로와 대면하는 제1 표면, 그리고 냉각 유체를 위한 유로를 부분적으로 형성하는 제2 표면을 갖는 벽과,
    벽의 제2 표면으로부터 연장된 복수개의 페데스탈과,
    인접한 페데스탈들 사이에서 연장된 적어도 1개의 난류 발생기 스트립을 포함하는 소형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서, 냉각 유체가 페데스탈 및 난류 발생기 스트립을 횡단하여 유동하게 하는 하나 이상의 입구를 추가로 포함하는 소형 열교환기.
  3. 제1항에 있어서, 냉각 유체가 빠져 나가는 하나 이상의 출구를 추가로 포함하는 소형 열교환기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립 및 페데스탈은 냉각 유체 유동을 혼란시켜 난류 혼합하고 벽으로부터 냉각 유체로의 열전달을 증가시키는 소형 열교환기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립의 높이가 페데스탈의 높이보다 작은 소형 열교환기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립의 높이는 페데스탈의 높이의 1/2보다 작은 소형 열교환기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립의 높이는 대략 0.127 ㎜(0.005 인치) 내지 0.254 ㎜(0.010 인치)인 소형 열교환기.
  8. 제5항에 있어서, 상기 페데스탈의 높이는 대략 0.305 ㎜(0.012 인치) 내지 0.635 ㎜(0.025 인치)인 소형 열교환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립은 냉각 유체 유동의 방향에 대해 경사지게 위치되는 소형 열교환기.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 난류 발생기 스트립은 냉각 유체 유동을 난류 발생기 스트립의 하류에 위치된 페데스탈을 향해 적어도 부분적으로 지향시키는 소형 열교환기.
  11. 제1항에 있어서, 각각의 페데스탈은 4개의 난류 발생기 스트립에 연결되는 소형 열교환기.
  12. 제1항에 있어서, 각각의 페데스탈의 상류측에 연결된 2개의 수렴 난류 발생기 스트립 그리고 각각의 페데스탈의 하류측에 연결된 2개의 발산 난류 발생기 스트립을 추가로 포함하는 소형 열교환기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립은 벽의 제2 표면에 인접하게 위치되는 소형 열교환기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 냉각 유체는 공기인 소형 열교환기.
  15. 제1항에 있어서, 냉각 통로를 한정하며 페데스탈과 결합하도록 된 표면을 제공하도록 내부 대향벽을 추가로 포함하는 소형 열교환기.
  16. 제1항에 있어서, 각각의 페데스탈은 원형 단면을 포함하는 소형 열교환기.
  17. 열전달을 증가시키는 내부 구조를 갖는 가스 터빈 엔진 내의 부품이며,
    가열된 유체 유로와 대면하는 제1 표면 그리고 냉각 유체를 위한 유로를 부분적으로 형성하는 제2 표면을 갖는 제1 벽과,
    제1 벽의 제2 표면으로부터 제2 벽의 대향 표면으로 연장된 복수개의 페데스 탈과,
    인접한 페데스탈들 사이에서 연장된 하나 이상의 난류 발생기 스트립을 포함하는 부품.
  18. 제17항에 있어서, 냉각 유체가 페데스탈 및 난류 발생기 스트립을 횡단하여 유동하게 하는 적어도 1개의 입구를 추가로 포함하는 부품.
  19. 제17항에 있어서, 냉각 유체가 냉각 유로의 외부로 나가게 하는 적어도 1개의 출구를 추가로 포함하는 부품.
  20. 제17항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립 및 페데스탈은 냉각 유체 유동을 혼란시켜 난류 혼합하고 벽으로부터 냉각 유체로의 열전달을 증가시키는 부품.
  21. 제17항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립의 높이가 페데스탈의 높이보다 작은 부품.
  22. 제21항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립의 높이는 페데스탈의 높이의 1/2보다 작은 부품.
  23. 제21항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립의 높이는 대략 0.127 ㎜(0.005 인치) 내지 0.254 ㎜(0.010 인치)인 부품.
  24. 제21항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립의 높이는 대략 0.305 ㎜(0.012 인치) 내지 0.635 ㎜(0.025 인치)인 부품.
  25. 제17항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립은 냉각 유체 유동의 방향에 대해 경사지게 위치되는 부품.
  26. 제17항에 있어서, 각각의 난류 발생기 스트립은 냉각 유체 유동을 난류 발생기 스트립의 하류에 위치된 페데스탈을 향해 적어도 부분적으로 지향시키는 부품.
  27. 제17항에 있어서, 각각의 페데스탈은 4개의 난류 발생기 스트립에 연결되는 부품.
  28. 제17항에 있어서, 각각의 페데스탈의 상류측에 연결된 2개의 수렴 난류 발생기 스트립 그리고 각각의 페데스탈의 하류측에 연결된 2개의 발산 난류 발생기 스트립을 추가로 포함하는 부품.
  29. 제17항에 있어서, 상기 난류 발생기 스트립은 제1 벽의 제2 표면에 인접하게 위치되는 부품.
  30. 제17항에 있어서, 상기 내부 구조는 터빈 블레이드 내에 형성되는 부품.
  31. 제17항에 있어서, 상기 내부 구조는 터빈 베인 내에 형성되는 부품.
  32. 제17항에 있어서, 상기 내부 구조는 터빈 블레이드를 위한 외부 공기 밀봉부 내에 형성되는 부품.
  33. 제17항에 있어서, 상기 내부 구조는 연소기 라이너 내에 형성되는 부품.
  34. 가스 터빈 엔진 내에서의 열전달을 증가시키는 방법이며,
    고온 유로와 대면하는 제1 표면 그리고 냉각 유체 유로와 대면하는 제2 표면을 갖는 벽을 구비하는 냉각 유체용 유로를 형성하는 단계와,
    벽의 제2 표면 상에 복수개의 페데스탈을 형성하는 단계와,
    인접한 페데스탈들 사이에 하나 이상의 난류 발생기 스트립을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 하나 이상의 입구를 통해 그리고 페데스탈 및 난류 발생기 스트립을 횡단하여 냉각 유체를 유동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  36. 제34항에 있어서, 하나 이상의 출구를 통해 외부로 냉각 유체를 유동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  37. 제34항에 있어서, 상기 벽으로부터 냉각 유체로의 열전달을 증가시키도록 난류 발생기 스트립 및 페데스탈로써 냉각 유체 유동을 난류 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  38. 제34항에 있어서, 각각의 난류 발생기 스트립으로써 각각의 페데스탈의 상류 선단 에지를 향해 냉각 유체를 적어도 부분적으로 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  39. 제34항에 있어서, 각각의 페데스탈의 상류측에 2개의 수렴 난류 발생기 스트립을 연결하는 단계와, 각각의 페데스탈의 하류측에 2개의 발산 난류 발생기 스트립을 연결하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  40. 제34항에 있어서, 상기 벽의 제2 표면에 인접하게 난류 발생기 스트립을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
  41. 고온 벽을 냉각시키기 위한 소형 열교환기이며,
    가열된 유체에 노출된 외부 표면 그리고 냉각 유체에 노출된 내부 표면을 갖 는 벽과,
    내부 표면으로부터 연장하고, 제1 소정 높이를 갖는 하나 이상의 페데스탈과,
    냉각 유체의 유로에 대해 각각의 페데스탈로부터 경사지게 연장하고, 페데스탈의 제1 소정 높이보다 작은 제2 소정 높이를 갖는 하나 이상의 난류 발생기 스트립을 포함하는 소형 열교환기.
  42. 제41항에 있어서, 각각의 페데스탈은 그로부터 연장된 2개의 난류 발생기 스트립을 포함하는 소형 열교환기.
  43. 제41항에 있어서, 각각의 난류 발생기 스트립은 2개의 페데스탈 사이에서 연장된 소형 열교환기.
  44. 제41항에 있어서, 각각의 난류 발생기 스트립의 높이는 각각의 페데스탈의 높이의 1/2보다 작은 소형 열교환기.
  45. 제41항에 있어서, 상기 벽은 가스 터빈 엔진의 부품 상에 있는 소형 열교환기.
  46. 제45항에 있어서, 상기 부품은 터빈 베인인 소형 열교환기.
  47. 제45항에 있어서, 상기 부품은 블레이드 외부 공기 밀봉부인 소형 열교환기.
  48. 제45항에 있어서, 상기 부품은 터빈 블레이드인 소형 열교환기.
  49. 제45항에 있어서, 상기 부품은 압축기의 하류에 있는 임의의 부품인 소형 열교환기.
KR1020050065063A 2004-09-20 2005-07-19 소형 열교환기 페데스탈 어레이 내에서의 열전달 증가 장치 KR20060053869A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/945,477 US7775053B2 (en) 2004-09-20 2004-09-20 Heat transfer augmentation in a compact heat exchanger pedestal array
US10/945,477 2004-09-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060053869A true KR20060053869A (ko) 2006-05-22

Family

ID=35115700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050065063A KR20060053869A (ko) 2004-09-20 2005-07-19 소형 열교환기 페데스탈 어레이 내에서의 열전달 증가 장치

Country Status (8)

Country Link
US (2) US7775053B2 (ko)
EP (1) EP1640563B1 (ko)
JP (1) JP2006090302A (ko)
KR (1) KR20060053869A (ko)
CN (1) CN1752415A (ko)
CA (1) CA2510810A1 (ko)
SG (1) SG121037A1 (ko)
TW (1) TWI279478B (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7775053B2 (en) * 2004-09-20 2010-08-17 United Technologies Corporation Heat transfer augmentation in a compact heat exchanger pedestal array
US7544044B1 (en) * 2006-08-11 2009-06-09 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine airfoil with pedestal and turbulators cooling
US9133715B2 (en) 2006-09-20 2015-09-15 United Technologies Corporation Structural members in a pedestal array
US8464635B1 (en) * 2008-01-17 2013-06-18 Alkar-Rapidpak-Mp Equipment, Inc. Frying system
US8167560B2 (en) 2009-03-03 2012-05-01 Siemens Energy, Inc. Turbine airfoil with an internal cooling system having enhanced vortex forming turbulators
JP5260402B2 (ja) 2009-04-30 2013-08-14 三菱重工業株式会社 板状体の製造方法、板状体、ガスタービン燃焼器およびガスタービン
CN102146844A (zh) * 2010-02-10 2011-08-10 中国科学院工程热物理研究所 航空发动机涡轮叶片的零冷气消耗超强度冷却装置
US8978385B2 (en) * 2011-07-29 2015-03-17 United Technologies Corporation Distributed cooling for gas turbine engine combustor
US20130243575A1 (en) 2012-03-13 2013-09-19 United Technologies Corporation Cooling pedestal array
US9638057B2 (en) * 2013-03-14 2017-05-02 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Augmented cooling system
WO2014186109A1 (en) 2013-05-15 2014-11-20 United Technologies Corporation Gas turbine engine airfoil cooling passage turbulator pedestal
US10364683B2 (en) 2013-11-25 2019-07-30 United Technologies Corporation Gas turbine engine component cooling passage turbulator
US9133716B2 (en) * 2013-12-02 2015-09-15 Siemens Energy, Inc. Turbine endwall with micro-circuit cooling
US9739155B2 (en) 2013-12-30 2017-08-22 General Electric Company Structural configurations and cooling circuits in turbine blades
GB201412460D0 (en) * 2014-07-14 2014-08-27 Rolls Royce Plc An Annular Combustion Chamber Wall Arrangement
US10329934B2 (en) 2014-12-15 2019-06-25 United Technologies Corporation Reversible flow blade outer air seal
EP3048262A1 (en) * 2015-01-20 2016-07-27 Alstom Technology Ltd Wall for a hot gas channel in a gas turbine
US10174620B2 (en) 2015-10-15 2019-01-08 General Electric Company Turbine blade
US10221694B2 (en) * 2016-02-17 2019-03-05 United Technologies Corporation Gas turbine engine component having vascular engineered lattice structure
US10605090B2 (en) * 2016-05-12 2020-03-31 General Electric Company Intermediate central passage spanning outer walls aft of airfoil leading edge passage
US10184728B2 (en) * 2017-02-28 2019-01-22 General Electric Company Additively manufactured heat exchanger including flow turbulators defining internal fluid passageways
US11339718B2 (en) * 2018-11-09 2022-05-24 Raytheon Technologies Corporation Minicore cooling passage network having trip strips

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2322341A (en) * 1940-01-27 1943-06-22 Morris F Booth Heat exchange unit
US2677394A (en) * 1951-09-12 1954-05-04 Young Radiator Co Turbulence strip for heat exchanger tubes
US4042162A (en) * 1975-07-11 1977-08-16 General Motors Corporation Airfoil fabrication
US4412558A (en) * 1979-12-28 1983-11-01 Western Fuel Reducers, Inc. Turbulator
US4407632A (en) 1981-06-26 1983-10-04 United Technologies Corporation Airfoil pedestaled trailing edge region cooling configuration
US4474532A (en) 1981-12-28 1984-10-02 United Technologies Corporation Coolable airfoil for a rotary machine
US4515523A (en) 1983-10-28 1985-05-07 Westinghouse Electric Corp. Cooling arrangement for airfoil stator vane trailing edge
US5601399A (en) 1996-05-08 1997-02-11 Alliedsignal Inc. Internally cooled gas turbine vane
US5931638A (en) 1997-08-07 1999-08-03 United Technologies Corporation Turbomachinery airfoil with optimized heat transfer
US6402470B1 (en) 1999-10-05 2002-06-11 United Technologies Corporation Method and apparatus for cooling a wall within a gas turbine engine
US6349761B1 (en) * 2000-12-27 2002-02-26 Industrial Technology Research Institute Fin-tube heat exchanger with vortex generator
US6606861B2 (en) * 2001-02-26 2003-08-19 United Technologies Corporation Low emissions combustor for a gas turbine engine
US6578627B1 (en) * 2001-12-28 2003-06-17 Industrial Technology Research Institute Pattern with ribbed vortex generator
US6602047B1 (en) 2002-02-28 2003-08-05 General Electric Company Methods and apparatus for cooling gas turbine nozzles
US6808367B1 (en) 2003-06-09 2004-10-26 Siemens Westinghouse Power Corporation Cooling system for a turbine blade having a double outer wall
US6955525B2 (en) 2003-08-08 2005-10-18 Siemens Westinghouse Power Corporation Cooling system for an outer wall of a turbine blade
US6984102B2 (en) 2003-11-19 2006-01-10 General Electric Company Hot gas path component with mesh and turbulated cooling
US7186084B2 (en) 2003-11-19 2007-03-06 General Electric Company Hot gas path component with mesh and dimpled cooling
US7775053B2 (en) * 2004-09-20 2010-08-17 United Technologies Corporation Heat transfer augmentation in a compact heat exchanger pedestal array

Also Published As

Publication number Publication date
US20060060334A1 (en) 2006-03-23
EP1640563A3 (en) 2009-10-21
US20100186419A1 (en) 2010-07-29
US7775053B2 (en) 2010-08-17
EP1640563A2 (en) 2006-03-29
CA2510810A1 (en) 2006-03-20
TW200619491A (en) 2006-06-16
US8061146B2 (en) 2011-11-22
TWI279478B (en) 2007-04-21
EP1640563B1 (en) 2016-04-27
JP2006090302A (ja) 2006-04-06
CN1752415A (zh) 2006-03-29
SG121037A1 (en) 2006-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8061146B2 (en) Heat transfer augmentation in a compact heat exchanger pedestal array
EP2009248B1 (en) Turbine arrangement and method of cooling a shroud located at the tip of a turbine blade
JP4063938B2 (ja) ガスタービンエンジンの動翼の冷却通路の乱流器構造
US6241468B1 (en) Coolant passages for gas turbine components
US7871246B2 (en) Airfoil for a gas turbine
US4573865A (en) Multiple-impingement cooled structure
US3628880A (en) Vane assembly and temperature control arrangement
US5245821A (en) Stator to rotor flow inducer
US20090047136A1 (en) Angled tripped airfoil peanut cavity
US20170298823A1 (en) Cooled component
US20080279696A1 (en) Airfoil for a turbine of a gas turbine engine
US20050281667A1 (en) Cooled gas turbine vane
JPH08503533A (ja) 内部冷却タービン
US10495309B2 (en) Surface contouring of a flowpath wall of a gas turbine engine
CA2613763A1 (en) Airfoil with improved cooling slot arrangement
JP2017141829A (ja) タービンエンジン構成部品用のインピンジメント孔
US20190277501A1 (en) Slot arrangements for an impingement floatwall film cooling of a turbine engine
US4302148A (en) Gas turbine engine having a cooled turbine
US20220106884A1 (en) Turbine engine component with deflector
CA2613781A1 (en) Method for preventing backflow and forming a cooling layer in an airfoil
KR20210103391A (ko) 에어포일에서 충돌 공기를 재사용하기 위한 충돌 인서트, 충돌 인서트를 포함하는 에어포일, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈
US7967568B2 (en) Gas turbine component with reduced cooling air requirement
US11408302B2 (en) Film cooling hole arrangement for gas turbine engine component
JP2017141823A (ja) 構成要素の熱応力緩和
EP1115963B1 (en) Gas turbine engine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
NORF Unpaid initial registration fee