KR20190131106A

KR20190131106A - 터빈 조립체용 냉각 조립체

Info

Publication number: KR20190131106A
Application number: KR1020197032004A
Authority: KR
Inventors: 플로리안 호플러; 토마스 파우너
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2019-11-25
Also published as: CN110462166A; DE112017007180T5; CN110462166B; US11230930B2; JP2020513083A; US20210102466A1; JP6976349B2; KR102376052B1; WO2018186891A1

Abstract

냉각 조립체는 터빈 조립체의 내측에 배치되는 냉각 공동을 포함한다. 냉각 공동은 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성된다. 냉각 조립체는, 냉각 공동과 유체 결합되고 냉각 공기의 적어도 일부를 냉각 공동의 외부로 그리고 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되는 크로스 뱅크(cross-bank)를 포함한다. 크로스 뱅크는 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 복수의 핀을 포함한다. 크로스 뱅크는 또한 핀들을 연결하는 크로스 바(cross-bar)를 포함한다. 크로스 바는 크로스 바가 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 핀들 사이에서 연장된다.

Description

터빈 조립체용 냉각 조립체

본 명세서에서 설명되는 주제는 터빈 조립체를 냉각하는 것에 관한 것이다.

터빈 조립체는 엔진이 작동하고 있을 때 증가된 열 부하를 겪는다. 터빈 조립체 구성요소를 과열 및 손상으로부터 보호하기 위해, 냉각 유체가 터빈 조립체 내로 및/또는 그 상으로 지향될 수 있다. 이어서, 구성요소 온도는, 구성요소 수명 및 터빈 효율의 균형을 이루는 것을 목표로, 구성요소 상으로의 충돌과, 구성요소 내의 통로를 통한 냉각 유동과, 필름 냉각의 조합을 통하여 관리될 수 있다. 개선된 효율은 발화 온도를 증가시키는 것, 냉각 유동을 감소시키는 것, 또는 이들의 조합을 통하여 달성될 수 있다.

특히, 공지의 터빈 블레이드(blade) 및/또는 베인(vane)의 후연 단부, 및 터빈의 내부 및 외부 측벽들은 엔진이 작동하고 있을 때 냉각되기 어려울 수 있다. 터빈 에어포일(airfoil)(예컨대, 터빈 블레이드 또는 베인)의 후연 단부의 냉각 시 한 가지 문제는 에어포일 내에서의 불충분한 열 전달이다. 불충분한 열 전달은 터빈 조립체 블레이드 또는 베인의 평균 및/또는 국소 재료 온도가 과도하게 높게 유지되게 할 수 있는데, 이는 부품 수명을 허용가능한 수준 미만으로 감소시킬 수 있거나 추가 냉각 유체의 사용을 필요로 할 수 있다. 따라서, 개선된 시스템은 개선된 열 전달 속도를 제공할 수 있고, 그에 의해 터빈의 임계 부분의 평균 및/또는 국소 표면 온도를 감소시킬 수 있고/있거나, 엔진의 더 효율적인 작동을 가능하게 할 수 있고/있거나, 터빈 기계의 수명을 개선시킬 수 있다.

일 실시예에서, 냉각 조립체는 터빈 조립체의 내측에 배치되는 냉각 공동을 포함한다. 냉각 공동은 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성된다. 냉각 조립체는, 냉각 공동과 유체 결합되고 냉각 공기의 적어도 일부를 냉각 공동의 외부로 그리고 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되는 크로스 뱅크(cross-bank)를 포함한다. 크로스 뱅크는 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 복수의 핀을 포함한다. 크로스 뱅크는 또한 핀들을 연결하는 크로스 바(cross-bar)를 포함한다. 크로스 바는 크로스 바가 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 핀들 사이에서 연장된다.

일 실시예에서, 냉각 조립체는 터빈 조립체의 내측에 배치되는 냉각 공동을 포함한다. 냉각 공동은 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성된다. 냉각 조립체는, 냉각 공동과 유체 결합되고 냉각 공기의 적어도 일부를 냉각 공동의 외부로 그리고 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되는 크로스 뱅크를 포함한다. 크로스 뱅크는 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 복수의 핀을 포함한다. 크로스 뱅크는 또한 핀들을 연결하는 크로스 바를 포함하는데, 여기서 크로스 바는 제1 측 내부 표면으로부터 이격되고, 크로스 바는 제2 측 내부 표면으로부터 이격된다.

일 실시예에서, 냉각 조립체는 터빈 조립체의 내측에 배치되는 냉각 공동을 포함한다. 냉각 공동은 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성된다. 냉각 조립체는, 냉각 공동과 유체 결합되고 냉각 공기의 적어도 일부를 냉각 공동의 외부로 그리고 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되는 크로스 뱅크를 포함한다. 크로스 뱅크는 선형 행(linear row)들로 배열된 복수의 핀을 포함한다. 핀은 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는다. 크로스 뱅크는 또한 핀들을 연결하는 크로스 바들을 포함한다. 크로스 바들은 크로스 바들 중 제1 크로스 바가 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 핀들 사이에서 연장된다. 크로스 바들은 제1 측 내부 표면으로부터 이격되고, 크로스 바들은 제2 측 내부 표면으로부터 이격된다.

본 발명의 주제는 첨부 도면을 참조하여, 비제한적인 실시예의 하기의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 터빈 조립체를 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 냉각 조립체의 단면 사시도를 도시한다.
도 2b는 일 실시예에 따른 냉각 조립체의 단면 사시도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 에어포일의 평단면도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크의 부분 단면 사시도를 도시한다.
도 5a는 일 실시예에 따른 도 4의 크로스 뱅크의 평면도를 도시한다.
도 5b는 일 실시예에 따른 도 4의 크로스 뱅크의 측면도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 열 전달 계수 그래프를 도시한다.
도 7a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크의 평면도를 도시한다.
도 7b는 일 실시예에 따른 도 7a의 크로스 뱅크의 측면도를 도시한다.
도 8a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크의 평면도를 도시한다.
도 8b는 일 실시예에 따른 도 8a의 크로스 뱅크의 측면도를 도시한다.
도 9a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크의 평면도를 도시한다.
도 9b는 일 실시예에 따른 도 9a의 크로스 뱅크의 측면도를 도시한다.
도 10a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크의 평면도를 도시한다.
도 10b는 일 실시예에 따른 도 10a의 크로스 뱅크의 측면도를 도시한다.
도 11a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크의 평면도를 도시한다.
도 11b는 일 실시예에 따른 도 11a의 크로스 뱅크의 측면도를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 방법 흐름도를 도시한다.

본 발명의 주제의 예시적인 실시예를 아래에서 상세히 참조할 것이며, 실시예의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한 경우, 도면 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.

본 명세서에서 설명되는 본 발명의 주제의 하나 이상의 실시예는 터빈 에어포일의 내부 측벽, 외부 측벽, 및 후연 단부를 효과적으로 내부에서 냉각시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 터빈 조립체는, 엔진이 작동하고 있을 때 에어포일 및 측벽을 효과적으로 냉각시키기 위해, 내부 및 외부 측벽들 및 에어포일의 통로 및 슬롯을 통하여 냉각 유체를 지향시키는 냉각 공동을 포함할 수 있다. 종종, 에어포일의 후연 단부는 냉각되기 어렵다. 예를 들어, 냉각 공동으로부터 지향된 냉각 유체는 유체가 에어포일의 후연 단부에 도달할 때 이미 고온일 수 있다. 추가적으로, 후연 단부는 후연 단부에 적용될 수 있는 냉각 기술을 제한하는, 제1 면(예컨대, 에어포일의 압력 측)과 제2 면(예컨대, 에어포일의 흡인 측) 사이의 비교적 얇은 폭을 갖는다.

본 명세서에서 설명되는 주제의 하나 이상의 기술적 효과는 크로스 뱅크의 기술적 효과이다. 크로스 바를 구비한 핀 뱅크를 가짐으로써 냉각 유체 유동의 혼합을 촉진시키고, 에어포일의 내부 벽에 가까운 유동 속도를 증가시키고, 에어포일의 내부 벽에 수직인 진폭을 갖는 유동 불안정을 발생시킨다. 이는 에어포일의 후연 단부에서의 개선된 내부 열 전달 속도 및 개선된 냉각을 야기하는데, 이는 부품 수명을 연장시킬 수 있고 크로스 바를 구비한 핀 뱅크를 갖지 않는 터빈 에어포일에 비해 계획되지 않은 정전을 감소시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 터빈 조립체(10)를 도시한다. 터빈 조립체(10)는 입구(16)를 포함하는데, 상기 입구를 통하여 공기가 화살표(50)의 방향으로 터빈 조립체(10)에 진입한다. 공기는 방향(50)으로 입구(16)로부터, 압축기(18)를 통하여, 연소기(20)를 통하여, 그리고 터빈(22)을 통하여 배기부(24)로 이동한다. 회전 샤프트(26)가 터빈 조립체(10)의 하나 이상의 회전 구성요소를 통하여 이어지고 그와 결합된다.

압축기(18) 및 터빈(22)은 다수의 에어포일을 포함한다. 에어포일은 하나 이상의 블레이드(30, 30') 또는 안내 베인(36, 36')일 수 있다. 블레이드(30, 30')는 안내 베인(36, 36')으로부터 방향(50)으로 축방향으로 오프셋된다. 안내 베인(36, 36')은 고정 구성요소이고 터빈(22)의 외부 측벽(52)으로부터 연장된다. 블레이드(30, 30')는 터빈(22)의 내부 측벽(54)으로부터 연장되고, 샤프트(26)와 작동가능하게 결합되어 그와 함께 회전한다.

도 2a는 일 실시예에 따른 냉각 조립체(100)의 단면 사시도를 도시한다. 냉각 조립체(100)는 도 1의 터빈 조립체(10)의 몸체(102)를 포함한다. 도 2a의 도시된 실시예에서, 몸체(102)는 터빈 조립체의 에어포일이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 몸체(102)는 임의의 대안적인 구조물일 수 있다. 에어포일(102)은 터빈 조립체(10)에 사용되는 고정자 베인, 터빈 베인, 회전 블레이드 등일 수 있다. 에어포일(102)은 압력 측(114) 및 압력 측(114)의 반대편인 흡인 측(116)을 갖는다. 압력 측(114)과 흡인 측(116)은 전연 에지(118) 및 전연 에지(118)의 반대편인 후연 에지(120)에 의해 상호연결된다. 전연 에지(118)와 후연 에지(120) 사이에서, 압력 측(114)은 형상이 대체로 오목하고 흡인 측(116)은 형상이 대체로 볼록하다. 예를 들어, 대체로 오목한 압력 측(114) 및 대체로 볼록한 흡인 측(116)은 공기역학적 표면을 제공하며, 압축된 작업 유체가 그 위에서 터빈 조립체를 통하여 유동한다.

에어포일(102)은 전연 에지(118)와 후연 에지(120) 사이에서 축방향 길이(126)로 연장된다. 에어포일(102)은 제1 단부(144)와 반대편의 제2 단부(146) 사이에서 반경방향 길이(124)로 연장된다. 예를 들어, 축방향 길이(126)는 반경방향 길이(124)에 대체로 수직이다. 제2 단부(146)는 반경방향 길이(124)를 따라서 제1 단부(144)에 대해 (도 1의) 터빈 조립체(10)의 샤프트(26)에 근접하게 배치된다.

에어포일은 전연 단부(128) 및 후연 단부(130)를 갖는다. 전연 단부(128) 및 후연 단부(130)는 전연 에지(118)와 후연 에지(120) 사이에서 에어포일(102)의 축방향 길이(126)를 따라서 연장된다. 전연 단부(128)는 전연 에지(118)로부터 크로스 뱅크(106)의 입구(148)로 연장된다. 후연 단부(130)는 크로스 뱅크(106)의 입구(148)로부터 후연 에지(120)로 연장된다. 크로스 뱅크(106)는 에어포일(102)의 후연 단부(130)에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 크로스 뱅크(106)는 전연 단부(128) 또는 후연 단부(130) 중 하나 이상에 배치될 수 있다.

냉각 공동(104)이 에어포일(102)의 전연 단부(128)에 배치된다. 냉각 공동(104)은 에어포일(102) 내에 배치된다. 도시된 실시예에서, 냉각 공동(104)은 완전히 중공형인 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 에어포일(102)은 냉각 공동(104)의 내부로부터 냉각 공동(104)의 외측으로, 몇몇 냉각 통로 및/또는 사행형체(serpentine), 충돌 배플 및/또는 개구 등을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에어포일(102)은 에어포일(102)의 내부 및 외부 표면들에 걸쳐 필름 냉각을 제공하기 위해, 에어포일(102)의 내부로부터 압력 측(114), 흡인 측(116), 전연 단부(128) 또는 후연 단부(130) 중 하나 이상을 따라서 에어포일(102)의 외부로 연장되는 하나 이상의 필름 냉각 구멍을 포함할 수 있다.

냉각 공동(104)은 크로스 뱅크(106)와 유체 결합된다. 크로스 뱅크(106)는, 냉각 공동(104)이 냉각 공동(104)을 빠져나가는 냉각 공기를 크로스 뱅크(106)를 통하여 후연 에지(120)를 향하여 그리고 에어포일(102)의 외측으로 지향시키기 위해 냉각 공동(104)에 대해 후연 에지(120)에 근접하게 위치된다. 예를 들어, 냉각 공동(104)은 냉각 공동(104)을 빠져나가는 냉각 공기의 적어도 일부를 방향(101)으로 지향시킨다. 대안적으로, 냉각 공동(104)은 냉각 유체, 냉각제 등을 크로스 뱅크(106)를 향해 지향시킬 수 있다.

크로스 뱅크(106)는 복수의 핀(108)을 포함한다. 핀(108)은 제1 단부(110) 및 제2 단부(112)를 갖는다. 제1 단부(110)는 에어포일(102)의 제1 측 내부 표면(134)과 결합된다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 제1 측 내부 표면(134)은 에어포일(102)의 압력 측 내부 표면일 수 있다. 제2 단부(112)는 에어포일(102)의 제2 측 내부 표면(136)과 결합된다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 제2 측 내부 표면(136)은 에어포일(102)의 흡인 측 내부 표면일 수 있다. 핀(108)은 핀이 냉각 공동(104)으로부터 후연 에지(120)를 향하는 방향(101)으로 유동하는 냉각 공기의 비정상 유동 패턴을 생성하도록 크로스 뱅크(106) 내에 위치된다. 예를 들어, 핀(108)은 제1 측 내부 표면(134)과 제2 측 내부 표면(136) 사이에서 길게 되고, 냉각 공동(104)을 빠져나가는 냉각 공기의 방향(101)에 대체로 수직으로 배향된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 핀(108)은 냉각 공동(104)을 빠져나가는 냉각 공기의 방향(101)에 대체로 수직하지 않게 배향될 수 있다. 도 2a의 도시된 실시예에서, 핀(108)은 반경방향 길이(124)를 따라서 제1 단부(144)와 제2 단부(146) 사이에서 에어포일(102)의 내부에 위치된다. 선택적으로, 크로스 뱅크(106)는 제1 단부(144)로부터 제2 단부(146)로 연장되지 않는 핀(108)을 가질 수 있다. 예를 들어, 핀(108)은 크로스 뱅크(106)가 반경방향 길이(124)의 대체로 절반 길이로만 연장되도록 위치될 수 있다. 핀(108)은 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.

크로스 뱅크(106)는 또한 핀(108)과 연결되는 크로스 바(122)를 포함한다. 예를 들어, 단일 크로스 바(122)는 크로스 바(122)가 제1 핀(108a1)의 외부 표면과 결합되는 제1 단부(140)를 갖고 크로스 바(122)가 상이한 제2 핀(108a2)의 외부 표면과 결합되는 반대편의 제2 단부(142)를 갖도록 2개의 핀(108)들 사이에서 연장된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 크로스 바(122)는 제1 핀(108a1) 및 제2 핀(108a2)의 내부 표면과 결합될 수 있다. 예를 들어, 크로스 바(122)는 제1 핀(108a1)의 중심 근처의 또는 실질적 근처의 위치로부터 제2 핀(108a2)의 중심 근처의 또는 실질적 근처의 위치로 연장될 수 있다. 크로스 바(122)는 크로스 바(122)가 냉각 공동(104)으로부터 후연 에지(120)를 향하는 방향(101)으로 유동하는 냉각 공기의 비정상 유동 패턴을 생성하도록 크로스 뱅크(106) 내에 위치된다. 예를 들어, 크로스 바(122)는 제1 핀(108a1)과 제2 핀(108a2) 사이에서 길게 되고, 제1 핀(108a1) 및 제2 핀(108a2)에 대체로 수직으로 그리고 냉각 공동(104)을 빠져나가는 냉각 공기의 방향(101)에 대체로 수직으로 배향된다. 크로스 바는 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.

도 2a의 도시된 실시예에서, 크로스 뱅크(106)는 핀(108a)들 및 크로스 바(122a)들의 제1 선형 행(A), 및 추가 핀(108b)들 및 추가 크로스 바(122b)들의 제2 선형 행(B)을 포함한다. 제1 행 및 제2 행은 제1 단부(144)와 제2 단부(146) 사이에서 반경방향 길이(124)를 따라서 연장되고 냉각 공동(104)과 후연 에지(120) 사이에 배치되는 열(column)들로서 도시되어 있다. 도시된 실시예에서는, 단지 제1 행 및 제2 행만이 존재한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 크로스 뱅크(106)는 핀들 및 크로스 바들의 둘 초과 또는 둘 미만의 행을 포함할 수 있다.

도 2a는 터빈 조립체(10)의 에어포일 내에 배치된 크로스 뱅크(106)의 일례를 도시한다. 대안적으로, 크로스 뱅크가 (도 1의) 터빈 조립체(10)의 외부 측벽(52), 내부 측벽(54) 등 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2b는 일 실시예에 따른, 터빈 조립체(10)의 내부 측벽(54) 내에 배치된 크로스 뱅크(206)를 갖는 냉각 조립체(200)의 단면 사시도를 도시한다. 냉각 조립체(100)는 도 1의 터빈 조립체(10)의 몸체(202)를 포함한다. 도 2b의 도시된 실시예에서, 몸체(202)는 터빈 조립체(10)의 내부 측벽(54)이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 몸체(202)는 임의의 대안적인 구조물일 수 있다.

크로스 뱅크(206)는 복수의 핀(208)을 포함한다. 핀(208)은 제1 단부(210) 및 제2 단부(212)를 갖는다(도 2a의 제1 단부(110) 및 제2 단부(112)를 갖는 핀(108)에 대응함). 제1 단부(210)는 내부 측벽(54)의 제1 측 내부 표면(234)과 결합되고, 제2 단부(212)는 내부 측벽(54)의 제2 측 내부 표면(236)과 결합된다. 예를 들어, 도 2b의 도시된 실시예에서, 제1 측 내부 표면(234)은 내부 측벽(54)의 내측 벽일 수 있고, 제2 측 내부 표면(236)은 내부 측벽(54)의 외측 벽일 수 있다. 예를 들어, 외측 벽은 내측 벽에 비해 샤프트(26)에 근접하게 배치될 수 있다. 핀(208)은 핀이 냉각 공동(204)으로부터 내부 측벽(54)의 단부 벽(252)을 향하는 방향(201)으로 유동하는 냉각 공기의 비정상 유동 패턴을 생성하도록 크로스 뱅크(206) 내에 위치된다.

크로스 뱅크(206)는 또한 핀(208)과 연결되는 크로스 바(222)를 포함한다. 예를 들어, 단일 크로스 바(222)는 크로스 바(222)가 제1 핀(208b1)의 외부 표면과 결합되는 제1 단부(240)를 갖고 크로스 바(222)가 상이한 제2 핀(108b2)의 외부 표면과 결합되는 반대편의 제2 단부(242)를 갖도록 2개의 핀(208)들 사이에서 연장된다. 크로스 바(222)는 크로스 바(222)가, 내부 측벽(54) 내에서, 냉각 공동(204)으로부터 단부 벽(252)을 향하는 방향(201)으로 유동하는 냉각 공기의 비정상 유동 패턴을 생성하도록 크로스 뱅크(206) 내에 위치된다.

도 2a 및 도 2b는 크로스 뱅크(106, 206)를 갖는 터빈 조립체의 2개의 상이한 몸체의 2개의 예를 도시한다. 예를 들어, 몸체(102)는 터빈 조립체의 에어포일을 나타내고, 몸체(202)는 터빈 조립체의 내부 측벽을 나타낸다. 추가적으로 또는 대안적으로, 크로스 뱅크는 터빈 조립체의 임의의 대안적인 몸체 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 크로스 뱅크가 외부 측벽 내에, 터빈 조립체의 슈라우드(shroud) 또는 케이싱 내에, 압축기의 내부 및/또는 외부 측벽 내에, 등에 배치될 수 있다.

도 2a의 냉각 조립체(100)를 다시 참조하면, 도 3은 일 실시예에 따른 도 2a의 에어포일(102)의 평단면도를 도시한다. 도 3에 도시된 크로스 뱅크(106)는 핀들(108a 내지 108e) 및 크로스 바들(도시되지 않음)을 갖는 5개의 선형 행들(108a 내지 108e에 대해 각각 A, B, C, D, E)을 포함한다. 대안적으로, 크로스 뱅크(106)는 핀(108)들 및 크로스 바들의 5개 미만 또는 5개 초과의 행을 포함할 수 있다. 핀(108)의 제1 단부(110)는 제1 측 내부 표면(134)과 결합된다. 핀(108)의 제2 단부(112)는 제2 측 내부 표면(136)과 결합된다. 예를 들어, 핀(108)은 용접, 주조, 체결, 기계가공, 접착 등 중 하나 이상에 의해 에어포일(102)의 내부 표면(134, 136)에 결합될 수 있다. 선택적으로, 제1 행(A)의 핀(108a)들은 하나의 방법을 사용하여 내부 표면(134, 136)과 결합될 수 있고, 추가 행(B, C, D, 또는 E) 중 하나 이상의 행의 핀(108)은 공통의 또는 고유한 방법을 사용하여 내부 표면과 결합될 수 있다.

도 4는 냉각 조립체(100)의 크로스 뱅크(106)의 부분 단면 사시도를 도시한다. 도 4에 도시된 크로스 뱅크(106)는 핀(108)들 및 크로스 바(122)들을 갖는 6개의 행을 포함한다. 핀(108)은 제1 측 내부 표면(134)과 제2 측 내부 표면(136) 사이에서 길게 된다. 도시된 실시예에서, 핀(108)은 대체로 원형 단면 형상을 갖는 대체로 원통형이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 핀(108)은 난형, 직사각형, 타원형 단면 형상 등을 가질 수 있다. 선형 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 모두 균일한 단면 형상 및 크기를 갖는 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 행(A, B, C, D, E, 또는 F)의 하나 이상의 핀(108)이 고유한 단면 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 행(A, D, E)의 핀(108)이 균일한 형상 및 크기를 가질 수 있거나, 행(B, C, F)의 핀(108)이 행(A, D, E)의 핀(108)의 형상 및/또는 크기에 대해 고유한, 균일한 형상 및 크기를 가질 수 있거나, 이들의 임의의 조합일 수 있다.

도시된 실시예에서, 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 핀(108)들이 반경방향 길이(124)를 따라서 거리(420)만큼 이격되도록 위치된다. 예를 들어, 제1 행(A)의 핀(108a)들은 거리(420a)만큼 이격되고, 제2 행의 핀(108b)들은 거리(420a)에 대체로 균일한 거리(420b)만큼 이격된다. 추가적으로, 행(C, D, E, F)의 핀들은 거리(420)만큼 각각 이격된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 행(A, B, C, D, E 또는 F) 중 하나 이상의 행의 핀들은 거리(420)보다 크거나 거리(420)보다 작은 거리만큼 이격될 수 있다. 예를 들어, 행(F)의 핀(108f)들이 거리(420)보다 큰 거리만큼 이격될 수 있거나, 행(C)의 핀(108c)들이 거리(420)보다 작은 거리만큼 이격될 수 있거나, 등일 수 있다. 행(A, B, C, D, E, 또는 F) 중 하나 이상의 행의 핀(108)들은 추가 행(A, B, C, D, E 또는 F) 중 하나 이상의 행의 핀들과 균일한 또는 고유한 거리만큼 이격될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 행(A)의 핀(108a)들은 균일한 거리(420) 또는 고유한 거리(420)만큼 이격될 수 있다. 선택적으로, 핀(108)들은 반경방향 길이(124)를 따라서 균일한 반복 구성을 가질 수 있거나, 반경방향 길이(124)를 따라서 랜덤한 구성을 가질 수 있거나, 이들의 임의의 조합일 수 있다.

크로스 바(122)는 2개의 핀(108)의 외부 표면들 사이에서 길게 되고 연장된다. 예를 들어, 크로스 바(122a)는 제1 핀(108a1)과 제2 핀(108a2) 사이에서 연장된다. 도시된 실시예에서, 크로스 바(122)는 대체로 원형 단면 형상을 갖는 대체로 원통형이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 크로스 바(122)는 난형, 직사각형, 타원형 단면 형상 등을 가질 수 있다. 행(A, B, C, D, E, F)의 크로스 바(122)들은 모두 균일한 단면 형상 및 크기를 갖는 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 행(A, B, C, D, E, 또는 F) 중 하나 이상의 행의 하나 이상의 크로스 바(122)가 고유한 단면 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 행(A, D, E)의 크로스 바(122)가 균일한 형상 및 크기를 가질 수 있거나, 행(B, C, F)의 크로스 바가 행(A, D, E)의 크로스 바(122)와 형상 및/또는 크기에 대해 고유한 균일한 형상 및 크기를 가질 수 있거나, 이들의 임의의 조합일 수 있다.

크로스 바(122)의 제1 단부(140) 및 제2 단부(142)는 핀(108)들의 외부 표면들과 결합된다. 예를 들어, 크로스 바(122a)의 제1 단부(140)는 제1 핀(108a1)의 외부 표면과 결합된다. 크로스 바(122a)의 반대편의 제2 단부(142)는 제2 핀(108a2)의 외부 표면과 결합된다. 크로스 바(122)는 용접, 주조, 체결, 기계가공, 접착 등 중 하나 이상에 의해 핀(108)의 외부 표면에 결합될 수 있다. 선택적으로, 제1 선형 행(A)의 크로스 바(122a)들은 하나의 방법을 사용하여 핀(108)의 외부 표면과 결합될 수 있고, 추가 행(B, C, D, E, 또는 F) 중 하나 이상의 행의 크로스 바(122)는 공통의 또는 고유한 방법을 사용하여 핀(108)의 외부 표면과 결합될 수 있다. 도시된 실시예에서, 단일 크로스 바(122)가 2개의 핀(108)들 사이에서 연장된다. 선택적으로, 하나 이상의 크로스 바(122)가 둘 이상의 핀(108)들 사이에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 크로스 바 및 제2 크로스 바가 핀들(108a1, 108a2) 사이에서 연장될 수 있거나, 제1 크로스 바가 핀들(108a1, 108a2) 사이에서 연장될 수 있고 제2 크로스 바가 핀들(108a1, 108b1) 사이에서 연장될 수 있거나, 등일 수 있다.

크로스 바(122)는 제1 측 내부 표면(134)으로부터 거리(404)만큼 이격된다. 추가적으로, 크로스 바(122)는 제2 측 내부 표면(136)으로부터 거리(402)만큼 이격된다. 도 4의 도시된 실시예에서, 거리(402, 404)는 대체로 균일하다. 대안적으로, 거리(402)는 거리(404)보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 크로스 바(122)는 크로스 바(122)를 제2 측 내부 표면(136)으로부터 분리시키는 거리(402)보다 큰 거리(404)만큼 제1 측 내부 표면(134)으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 크로스 바(122)는 제1 측 내부 표면(134) 또는 제2 측 내부 표면(136) 중 하나에 더 가깝게 배치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 행(A, B, C, D, E, F)의 크로스 바(122) 각각은 제1 측 및 제2 측 내부 표면들(134, 136)로부터 대체로 균일한 거리(402, 404)만큼 이격된다. 예를 들어, 행(A)의 크로스 바(122)는 행(B)의 크로스 바(122)와 대체로 동일한 거리(402, 404)만큼 내부 표면(134, 136)으로부터 이격된다. 대안적으로, 행(A)의 크로스 바(122)는 행(B)의 크로스 바(122)보다 제1 측 내부 표면(134)에 더 가깝게 배치될 수 있는 등이다.

크로스 바(122)는 바 평면(bar plane)(406)을 따라 길게 된다. 예를 들어, 크로스 바(122)는 (도 2a의) 에어포일(102)의 반경방향 길이(124)를 따른 제1 단부(144)와 제2 단부(146) 사이의 방향(416)으로 바 평면(406)을 따라서 길게 된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 크로스 바(122)는 상이한 바 평면(406)을 따라서 길게 될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 크로스 바(122)는 핀 평면(408) 내에서 각도(G)만큼 바 평면(406)으로부터 대체로 오프셋된 방향으로 길게 될 수 있다. 도 4의 도시된 실시예에서, 각각의 크로스 바(122)는 바 평면(406) 내에서 방향(416)으로 길게 된다. 선택적으로, 하나 이상의 크로스 바(122)는 바 평면(406) 내에서 상이한 방향으로 길게 될 수 있다. 대안적인 실시예가 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.

핀(108)은 핀 평면(408)을 따라서 길게 된다. 핀 평면(408)은 바 평면(406)과 상이한 평면이다. 핀(108)은 제1 측 내부 표면(134)과 제2 측 내부 표면(136) 사이에서 방향(418)으로 핀 평면(408)을 따라 길게 된다. 도 4의 도시된 실시예에서, 각각의 핀(108)은 핀 평면(408) 내에서 방향(418)으로 길게 된다. 핀 평면(408)은 바 평면(406)에 대체로 수직이다. 예를 들어, 핀(122)은 방향(416)으로 길게 되는 크로스 바(122)에 대체로 수직인 방향(418)으로 길게 된다. 대안적으로, 핀 평면(408)은 바 평면(406)에 수직하지 않을 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 핀(108)이 핀 평면(408) 내에서 상이한 방향으로 길게 될 수 있다. 대안적인 실시예가 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.

도 5a는 일 실시예에 따른 도 4의 크로스 뱅크(106)의 평면도를 도시한다. 도 5b는 도 4의 크로스 뱅크(106)의 측면도를 도시한다. 크로스 뱅크(106)는 크로스 뱅크 길이(502)로 연장된다. 예를 들어, 크로스 뱅크 길이(502)는 대체로 (도 4의) 축방향 길이(126)의 방향으로 연장된다. (도 2a의) 냉각 공동(104)은 냉각 공기를 크로스 뱅크(106)를 통하여 방향(101)으로 지향시킨다. 핀(108)들의 선형 행(A, B, C, D, E, F)은 행(A)의 핀(108a)이 행(B)의 핀(108b)으로부터 거리(506)만큼 이격되도록 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 거리(506)만큼 떨어져 위치된다. 도시된 실시예에서, 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 균일한 거리(506)만큼 이격된다. 선택적으로, 행(A, B, C, D, E 또는 F) 중 하나 이상의 행의 핀(108)들 중 하나 이상은 거리(506)보다 크거나 작은 거리만큼 이격될 수 있다. 예를 들어, 행(B)의 핀(108b)은 행(A)의 핀(108a)보다 행(C)의 핀(108c)에 더 가깝게 위치될 수 있다.

크로스 뱅크(106)는 크로스 뱅크 폭(508)으로 연장된다. 예를 들어, 크로스 뱅크 폭(508)은 대체로 (도 4의) 반경방향 길이(124)의 방향으로 연장된다. 핀(108)은 (도 2a의) 에어포일(102)의 축방향 길이(126)를 따라서 냉각 기류의 방향(101)으로 크로스 뱅크(106)의 추가 핀(108)으로부터 축방향으로 오프셋된다. 예를 들어, 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)은 행(F)의 핀(108f)이 행(E)의 핀(108e)으로부터 엇갈린 거리(504a)만큼 이격되도록 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 엇갈린 거리(504)만큼 떨어져 위치된다. 도시된 실시예에서, 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 균일한 엇갈린 거리(504)만큼 이격된다. 선택적으로, 행(A, B, C, D, E 또는 F) 중 하나 이상의 행의 핀(108)들 중 하나 이상은 엇갈린 거리(504)보다 크거나 작은 엇갈린 거리만큼 이격될 수 있다. 예를 들어, 핀(108f1)은 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 핀(108e2)보다 핀(108e1)에 더 가깝게 위치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 핀(108)은 선형 행(A, C, E)의 핀(108a, 108c, 108e)이 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 축방향으로 정렬되도록, 행(B, D, F)의 핀(108b, 108d, 108f)이 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 축방향으로 정렬되도록, 그리고 행(A, C, E)의 핀이 행(B, D, F)의 핀으로부터 축방향으로 오프셋되도록 위치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 핀(108)은 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 축방향으로 정렬, 축방향으로 오프셋, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상으로 될 수 있다. 예를 들어, 핀(108)들은 축방향 길이(126)를 따라서 반복되는 정렬 및/또는 오프셋 구성을 가질 수 있거나, 축방향 길이(126)를 따라서 랜덤한 정렬 및/또는 오프셋 구성을 가질 수 있거나, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.

크로스 뱅크(106)의 핀(108)은 동일한 선형 행 내의 추가 핀으로부터 거리(420)만큼 분리된다. 예를 들어, 제1 행(A)의 핀(108a)들은 핀(108a)들이 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 거리(420a)만큼 이격되도록 배치되고, 제2 행(B)의 핀(108b)들은 거리(420a)와 대체로 동일한 거리(420b)만큼 이격된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 행(A, B, C, D, E, 또는 F) 중 하나 이상의 행의 하나 이상의 핀(108)은 거리(420)보다 크거나 작은 고유한 그리고/또는 공통의 거리만큼 이격될 수 있다.

핀(108)은 대체로 원형인 제1 단면 형상(510)을, 제1 단면 형상(510)에 대응하는 제1 면적과 함께, 갖는다. 크로스 바(122)는 대체로 원형인 제2 단면 형상(522)을, 제2 단면 형상(522)에 대응하는 제2 면적과 함께, 갖는다. 핀(108)의 제1 단면 형상(510)은 크로스 바의 제2 단면 형상(522)과 상이하다. 핀(108)의 제1 단면 형상(510)에 대응하는 제1 면적은 크로스 바(122)의 제2 단면 형상(522)에 대응하는 제2 면적보다 크다. 예를 들어, 제1 면적(예컨대, 핀의 면적)과 제2 면적(예컨대, 크로스 바의 면적) 사이의 면적 비는 적어도 1이다. 선택적으로, 핀의 제1 면적과 크로스 바의 제2 면적 사이의 면적 비는 1 초과의 임의의 수일 수 있다.

도 6은 (도 2a의 에어포일(102)에 대응하는) 크로스 뱅크(106)를 갖는 에어포일에 대한 그리고 종래의 핀 뱅크를 갖는 에어포일에 대한 열 전달 계수 그래프를 도시한다. 수평 축은 냉각 공동(예컨대, 냉각 공동(104))을 빠져나가는 냉각 공기의 증가된 질량 유량을 나타낸다. 수직 축은 증가된 열 전달 계수 값을 나타낸다. 라인(602)은 종래의 핀 뱅크(예컨대, 크로스 바(122)가 없는 핀 뱅크)를 포함하는, 에어포일(102)의 후연 단부(130)에 있는 제1 행(예컨대, 도 4의 행(A))을 나타낸다. 라인(604)은 크로스 뱅크(106)를 포함하는(예컨대, 크로스 바(122)를 포함하는), 에어포일(102)의 후연 단부(130)에 있는 (도 4의) 제1 선형 행(A)을 나타낸다. 에어포일(102)의 후연 단부(130)를 통하여 지향되는 냉각 공동을 빠져나가는 냉각 유체의 증가된 질량 유량에서, 크로스 뱅크(106)는 종래의 핀 뱅크(예컨대, 크로스 바(122)가 없음)보다 큰 열 전달 계수 값을 갖는다. 유사하게, 라인(612)은 종래의 핀 뱅크(예컨대, 크로스 바(122)가 없는 핀 뱅크)를 포함하는, 에어포일(102)의 후연 단부(130)에 있는 대안적인 행(예컨대, 도 4의 행(F))을 나타낸다. 라인(614)은 크로스 뱅크(106)를 포함하는(예컨대, 추가의 크로스 바(122)를 포함하는), 에어포일(102)의 후연 단부(130)에 있는 (도 4의) 추가 선형 행(A)을 나타낸다. 에어포일(102)의 후연 단부(130)를 통하여 지향되는 냉각 공동을 빠져나가는 냉각 유체의 증가된 질량 유량에서, 크로스 뱅크(106)는 종래의 핀 뱅크(예컨대, 크로스 바(122)가 없음)보다 큰 열 전달 계수 값을 갖는다. 제1 행(예를 들어, 행(A))에서 그리고 대안적인 행(예를 들어, 행(F))에서, 크로스 뱅크(106)는 크로스 바(122)가 없는 종래의 핀 뱅크에 비해 증가된 질량 유량에서 개선된 열 전달 계수 값을 갖는다.

도 7, 도 8, 도 9 및 도 10은 4개의 실시예에 따른 크로스 뱅크의 4개의 예를 도시한다. 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10의 실시예는 제한적이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 대안적인 실시예는 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10의 실시예들 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 조합함으로써 이해될 수 있다.

도 7a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크(706)의 평면도를 도시한다. 도 7b는 크로스 뱅크(706)의 측면도를 도시한다. 크로스 뱅크(706)는 크로스 뱅크 길이(502)로 연장된다. (도 2a의) 냉각 공동(104)은 냉각 공기를 크로스 뱅크(706)를 통하여 방향(101)으로 지향시킨다. 크로스 뱅크(706)는 핀(108) 및 크로스 바(122)를 포함한다. 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 거리(506)만큼 떨어져 위치된다. 크로스 뱅크(706)는 크로스 뱅크 폭(508)으로 연장된다. 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 균일한 엇갈린 거리(504)만큼 떨어져 위치된다. 크로스 바(122)는 핀(108)들 사이에서 연장되고, 행(B, D, F) 내에 위치된다. 행(A, C, E)에는 크로스 바가 없다. 대안적으로, 3개 미만의 행 또는 3개 초과의 행이 (예컨대, 랜덤, 패턴화 등의) 임의의 구성으로 크로스 바(122)를 포함할 수 있다. 크로스 바(122)는 제1 측 내부 표면(134)으로부터 거리(404)만큼 이격되고, 제2 측 내부 표면(136)으로부터 거리(402)만큼 이격된다.

도 8a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크(806)의 평면도를 도시한다. 도 8b는 크로스 뱅크(806)의 측면도를 도시한다. 크로스 뱅크(806)는 크로스 뱅크 길이(502) 및 크로스 뱅크 폭(508)으로 연장된다. (도 2a의) 냉각 공동(104)은 냉각 공기를 크로스 뱅크(806)를 통하여 방향(101)으로 지향시킨다. 크로스 뱅크(806)는 복수의 핀(108) 및 복수의 크로스 바(822)를 포함한다. 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 거리(506)만큼 떨어져 위치되고, 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 균일한 엇갈린 거리(504)만큼 떨어져 위치된다. 크로스 바(822)는 2개의 상이한 행들 내의 핀(108)들 사이에서 연장된다. 예를 들어, 크로스 바(822d)는 행(D)의 핀(108d)과 행(E)의 핀(108e) 사이에서 연장된다. 유사하게, 크로스 바(822e)는 행(E)의 핀(108e)과 행(F)의 핀(108f1) 사이에서 연장된다. 선택적으로, 크로스 바(822e)는 행(E)의 핀(108e)과 행(F)의 핀(108f2) 사이에서 연장될 수 있다. 도시된 실시예에서, 크로스 뱅크(806)의 크로스 바(822)는 반복 패턴으로 핀들 사이에서 연장된다. 선택적으로, 크로스 바(822)는 (예컨대, 랜덤, 패턴화 등의) 임의의 구성으로 둘 이상의 행의 핀들 사이에서 연장될 수 있다.

도 9a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크(906)의 평면도를 도시한다. 도 9b는 크로스 뱅크(906)의 측면도를 도시한다. (도 2a의) 냉각 공동(104)은 냉각 공기를 크로스 뱅크(906)를 통하여 방향(101)으로 지향시킨다. 크로스 뱅크(906)는 행들(A, B, C, D, E, F) 내의 복수의 핀(108), 행들(A, C, E) 내의 복수의 크로스 바(122), 및 행들(B, D, F) 내의 복수의 크로스 바(922)를 포함한다. 핀(108)은 대체로 원형인 제1 단면 형상(510) 및 제1 단면 형상(510)에 대응하는 제1 면적을 갖는다. 크로스 바(122)는 대체로 원형인 제2 단면 형상(522) 및 제2 단면 형상(522)에 대응하는 제2 면적을 갖는다. 크로스 바(922)는 대체로 원형인 제3 단면 형상(908) 및 제3 단면 형상(908)에 대응하는 제3 면적을 갖는다. 크로스 바(922)의 제3 단면 형상(908)에 대응하는 제3 면적은 크로스 바(122)의 제2 단면 형상(522)에 대응하는 제2 면적보다 크다. 추가적으로, 크로스 바(922)에 대응하는 제3 면적은 핀(108)의 제1 단면 형상(510)에 대응하는 제1 면적보다 작다. 예를 들어, 크로스 바(922)는 크로스 바(122)의 면적보다 크지만 핀(108)의 면적보다 작은 면적을 갖는다. 선택적으로, 하나 이상의 행(A, B, C, D, E, 또는 F)은 하나 이상의 크로스 바(922) 및 하나 이상의 크로스 바(122)를 가질 수 있다. 선택적으로, 크로스 바(922) 및 크로스 바(122)는 핀(108)들 사이에 임의의 조합으로 위치될 수 있다.

도 10a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크(1006)의 평면도를 도시한다. 도 10b는 크로스 뱅크(1006)의 측면도를 도시한다. (도 2a의) 냉각 공동(104)은 냉각 공기를 크로스 뱅크(1006)를 통하여 방향(101)으로 지향시킨다. 크로스 뱅크(1006)는 복수의 핀(108) 및 복수의 크로스 바(122, 1022a, 1022b)를 포함한다. 크로스 바(122)는 행들(A, C, E) 내의 핀(108)들 사이에서 연장된다. 크로스 바(1022a, 1022b)는 행들(B, D, F) 내의 핀(108)들 사이에서 연장된다. 크로스 뱅크(1006)는 크로스 뱅크 폭(508)으로 연장된다. 행(A, B, C, D, E, F)의 핀(108)들은 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 엇갈린 거리(1004a, 1004b)만큼 떨어져 위치되는데, 여기서 거리(1004a)는 거리(1004b)보다 크다. 예를 들어, 핀(108f1)은 핀(108e1)으로부터 거리(1004a)만큼 이격되고, 핀(108e1)은 핀(108e1)이 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 핀(108f1)보다 핀(108f2)에 더 가깝게 위치되도록 핀(108f2)으로부터 거리(1004b)만큼 이격된다. 선택적으로, 행(A, B, C, D, E 또는 F) 중 하나 이상의 행의 핀(108)들 중 하나 이상은 엇갈린 거리(1004a)보다 크거나 그보다 작은 엇갈린 거리 또는 엇갈린 거리(1004b)보다 크거나 그보다 작은 거리 중 하나 이상의 거리만큼 이격될 수 있다.

크로스 뱅크(1006)는 크로스 뱅크 길이(502)로 연장된다. 핀(108)은 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 거리(1016a, 1016b)만큼 떨어져 위치되는데, 여기서 거리(1016a)는 거리(1016b)보다 작다. 예를 들어, 행(A)의 핀(108a)은 행(B)의 핀(108b)으로부터 거리(1016a)만큼 이격되고, 행(B)의 핀(108b)은 행(B)의 핀(108b)이 행(C)의 핀(108c)보다 행(A)의 핀(108a)에 더 가깝게 위치되도록 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 행(C)의 핀(108c)으로부터 거리(1016b)만큼 이격된다. 선택적으로, 행(A, B, C, D, E 또는 F) 중 하나 이상의 행의 핀(108)들 중 하나 이상은 거리(1016a)보다 크거나 그보다 작은 거리 또는 거리(1016b)보다 크거나 그보다 작은 거리 중 하나 이상의 거리만큼 이격될 수 있다.

크로스 바(1022a)는 제1 측 내부 표면(134)으로부터 거리(1044)만큼 이격된다. 추가적으로, 크로스 바(1022a)는 제2 측 내부 표면(136)으로부터 거리(1044)보다 작은 거리(1042)만큼 이격된다. 예를 들어, 크로스 바(1022a)는 제1 측 내부 표면(134)보다 제2 측 내부 표면(136)에 더 가깝게 배치된다. 추가적으로, 크로스 바(1022b)는 제1 측 내부 표면(134)으로부터 거리(1054)만큼 이격되고, 크로스 바(1022b)는 제2 측 내부 표면(136)으로부터 거리(1054)보다 큰 거리(1052)만큼 이격된다. 예를 들어, 크로스 바(1022b)는 제2 측 내부 표면(136)보다 제1 측 내부 표면(134)에 더 가깝게 배치된다. 선택적으로, 크로스 바(1022a, 1022b) 중 하나 이상의 크로스 바의 제1 단부(140)는 제2 측 내부 표면(136)에 더 가까운 위치에서 제1과 결합될 수 있고, 제2 단부(142)는 제1 측 내부 표면(134)에 더 가까운 위치에서 제2 핀과 결합될 수 있다. 예를 들어, 크로스 바(1022a)는 핀들(108b1, 108b2) 사이에서 대체로 수직으로 연장될 수 있거나, 핀들(108b1, 108b2) 사이에서 수직하지 않게 연장될 수 있다.

도 11a는 일 실시예에 따른 크로스 뱅크(1106)의 평면도를 도시한다. 도 11b는 크로스 뱅크(1106)의 측면도를 도시한다. 크로스 뱅크(1106)는 크로스 뱅크 길이(502) 및 크로스 뱅크 폭(508)으로 연장된다. (도 2a의) 냉각 공동(104)은 냉각 공기를 크로스 뱅크(1106)를 통하여 방향(101)으로 지향시킨다. 크로스 뱅크(1106)는 행(A, B, C, D, E, F) 내의 복수의 핀(108) 및 복수의 크로스 바(1122)를 포함한다. 핀(108)들은 크로스 뱅크 길이(502)를 따라서 거리(506)만큼 떨어져 위치되고, 크로스 뱅크 폭(508)을 따라서 균일한 엇갈린 거리(504)만큼 떨어져 위치된다.

크로스 바(1122)의 제1 단부(140)는 제2 측 내부 표면(136)으로부터 거리(1142)만큼 이격된다. 추가적으로, 크로스 바(1122)의 제2 단부(142)는 제2 측 내부 표면(136)으로부터 거리(1152)만큼 이격된다. 예를 들어, 크로스 바(1122)는 핀(108)의 외부 표면으로부터 거리(1120)만큼 각도 오프셋(angularly offset)된다. 크로스 바(1122)의 제1 단부(140)는 제2 측 내부 표면(136)보다 제1 측 내부 표면(134)에 더 가깝게 배치된다. 추가적으로, 크로스 바(1122)의 제2 단부(142)는 제1 측 내부 표면(134)보다 제2 측 내부 표면(136)에 더 가깝게 배치된다. 도시된 실시예에서, 크로스 바들(1122b1, 1122b2)은 핀(108b)의 외부 표면으로부터 균일한 거리(1120)만큼 각도 오프셋된다. 선택적으로, 크로스 바(1122)들 중 하나 이상은 하나 이상의 핀(108)의 외부 표면으로부터 거리(1120)보다 크거나 작은 거리만큼 각도 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 크로스 바(1122b)는 거리(1120)만큼 각도 오프셋될 수 있고, 크로스 바(1122d)는 거리(1120)보다 큰 거리만큼 각도 오프셋될 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 터빈 조립체의 에어포일(예컨대, 에어포일(102))을 냉각하도록 작동하는 냉각 조립체(예컨대, 냉각 조립체(100))의 작동의 방법 흐름도를 도시한다. 1202에서, 냉각 공동(예컨대, 냉각 공동(104))은 크로스 뱅크(예컨대, 크로스 뱅크(106))에 의해 에어포일(102)의 외측과 유체 결합된다. 예를 들어, 크로스 뱅크(106)는 에어포일(102)의 후연 단부(130)에 있는 후연 에지(120)와 냉각 공동(104) 사이의 통로일 수 있다. 1204에서, 크로스 뱅크(106)는 하나 이상의 핀(108)으로, 핀이 에어포일(102)의 제1 측 내부 표면(134)에 결합된 제1 단부(110)와 에어포일(102)의 제2 측 내부 표면(136)에 결합된 제2 단부(112) 사이에서 길게 되고 연장되도록, 배열된다. 예를 들어, 핀(108)들은 하나 이상의 선형 행으로 된 하나 이상의 핀(108)을 갖는 선형 행(예를 들어, 행(A, B, C, D, E, F))으로 배열될 수 있다.

1206에서, 핀(108)들을 연결하는 하나 이상의 크로스 바(122)가 위치된다. 크로스 바(122)는 제1 핀(108)의 외부 표면과 결합된 제1 단부(140) 및 제2 핀(108)의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부(142)를 갖는다. 예를 들어, 크로스 바(122)는 제1 행 내의 2개의 핀(108)들을 연결할 수 있거나, 제1 행 내의 핀을 제2 행 내의 핀에 연결할 수 있거나, 등일 수 있다.

1208에서, 냉각 공기가 크로스 뱅크(106)에 의해 에어포일(102) 외측의 방향(101)으로 냉각 공동(104)의 외부로 지향된다. 예를 들어, 냉각 공기(예컨대, 공기, 유체, 냉각제 등) 중 적어도 일부가 냉각 공동(104)으로부터, 크로스 뱅크(106)를 통하여, 핀(108) 및 크로스 바(122) 둘레로, 에어포일(102)의 후연 단부(130)의 외측으로 유동한다.

본 명세서에서 설명되는 주제의 일 실시예에서, 냉각 조립체는 터빈 조립체의 내측에 배치되는 냉각 공동을 포함한다. 냉각 공동은 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성된다. 냉각 조립체는, 냉각 공동과 유체 결합되고 냉각 공기의 적어도 일부를 냉각 공동의 외부로 그리고 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되는 크로스 뱅크를 포함한다. 크로스 뱅크는 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 복수의 핀을 포함한다. 크로스 뱅크는 또한 핀들을 연결하는 크로스 바를 포함한다. 크로스 바는 크로스 바가 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 핀들 사이에서 연장된다.

선택적으로, 크로스 바는 바 평면을 따라서 길게 되고, 핀들은 상이한 핀 평면을 따라서 길게 된다. 선택적으로, 크로스 바는 핀들이 길게 되는 방향에 수직인 방향을 따라서 길게 된다.

선택적으로, 냉각 공동은 핀들이 길게 되는 방향에 수직인 방향으로 냉각 공기가 유동하게 하도록 형상화된다.

선택적으로, 몸체는 터빈 조립체의 에어포일이고, 크로스 뱅크는 에어포일의 후연 단부에 배치된다.

선택적으로, 크로스 바는 몸체의 제1 측 내부 표면으로부터 이격된다. 선택적으로, 크로스 바는 몸체의 제2 측 내부 표면으로부터 이격된다.

선택적으로, 핀들은 제1 선형 행으로 배열되고, 크로스 뱅크는 하나 이상의 추가 행으로 배열된 핀들을 포함한다. 선택적으로, 냉각 조립체는 추가 핀들을 연결하는 하나 이상의 추가 크로스 바를 추가로 포함한다.

선택적으로, 크로스 뱅크는 복수의 추가 핀 및 하나 이상의 추가 크로스 바를 추가로 포함하고, 하나 이상의 추가 크로스 바는 추가 핀들을 연결한다.

선택적으로, 핀들은 제1 면적을 갖는 제1 단면 형상을 갖고, 크로스 바는 제2 면적을 갖는 제2 단면 형상을 갖는다. 선택적으로, 제1 면적은 제2 면적보다 커서, 크로스 뱅크는 핀과 크로스 바 사이의 면적 비가 적어도 1이다.

본 명세서에서 설명되는 주제의 다른 실시예에서, 냉각 조립체는 터빈 조립체의 내측에 배치되는 냉각 공동을 포함한다. 냉각 공동은 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성된다. 냉각 조립체는, 냉각 공동과 유체 결합되고 냉각 공기의 적어도 일부를 냉각 공동의 외부로 그리고 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되는 크로스 뱅크를 포함한다. 크로스 뱅크는 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 복수의 핀을 포함한다. 크로스 뱅크는 또한 핀들을 연결하는 크로스 바를 포함하는데, 여기서 크로스 바는 제1 측 내부 표면으로부터 이격되고, 크로스 바는 제2 측 내부 표면으로부터 이격된다.

선택적으로, 크로스 바는 크로스 바가 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 핀들 사이에서 연장된다.

선택적으로, 핀들은 제1 선형 행으로 배열되고, 크로스 뱅크는 하나 이상의 추가 선형 행으로 배열된 추가 핀들을 포함한다. 선택적으로, 냉각 조립체는 추가 핀들을 연결하는 하나 이상의 추가 크로스 바를 추가로 포함한다.

선택적으로, 핀들은 제1 면적을 갖는 제1 단면 형상을 갖고, 크로스 바는 제2 면적을 갖는 제2 단면 형상을 갖고, 제1 면적은 제2 면적보다 커서, 크로스 뱅크는 핀과 크로스 바 사이의 면적 비가 적어도 1이다.

본 명세서에서 설명되는 주제의 다른 실시예에서, 냉각 조립체는 터빈 조립체의 내측에 배치되는 냉각 공동을 포함한다. 냉각 공동은 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성된다. 냉각 조립체는, 냉각 공동과 유체 결합되고 냉각 공기의 적어도 일부를 냉각 공동의 외부로 그리고 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되는 크로스 뱅크를 포함한다. 크로스 뱅크는 선형 행들로 배열된 복수의 핀을 포함한다. 핀은 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는다. 크로스 뱅크는 또한 핀들을 연결하는 크로스 바들을 포함한다. 크로스 바들은 크로스 바들 중 제1 크로스 바가 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 핀들 사이에서 연장된다. 크로스 바들은 제1 측 내부 표면으로부터 이격되고, 크로스 바들은 제2 측 내부 표면으로부터 이격된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태로 언급되고 단수 형태 단어("a" 또는 "an")로 시작하는 요소 또는 단계는 복수 형태의 상기 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 - 다만 그러한 배제가 명백하게 언급되지 않는 한 - 이해되어야 한다. 추가로, 설명된 본 주제의 "일 실시예"에 대한 언급은 언급된 특징부를 또한 포함하는 추가 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 더욱이, 명백하게 반대로 설명되지 않는 한, 특정한 특성을 갖는 요소 또는 복수의 요소를 "포함하는" 또는 "갖는" 실시예는 그러한 특성을 갖지 않는 추가의 그러한 요소를 포함할 수 있다.

상기 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 전술된 실시예(및/또는 그의 태양)는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 설명되는 주제의 범주로부터 벗어나지 않고서 특정 상황 또는 재료를 상기 주제의 교시 내용에 적응시키도록 많은 변형이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 설명된 재료의 치수 및 유형이 개시된 주제의 파라미터를 한정하도록 의도되지만, 이는 제한하는 것이 아니며 예시적인 실시예이다. 많은 다른 실시예가 상기 설명을 검토할 때 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 주제의 범주는 첨부된 청구범위에 부여된 등가물의 전체 범주와 함께 그러한 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다. 첨부된 청구범위에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "~ 에 있어서(in which)"는 각각의 용어 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"의 일반 영문의 등가 표현으로 사용된다. 더욱이, 하기의 청구범위에서, 용어 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 용어는 단지 형용 어구로서 사용되고, 그들의 물체 상에 수치적 요건을 부과하도록 의도된 것이 아니다. 추가로, 하기의 청구범위의 한정은 수단-플러스-기능(means-plus-function) 형태로 작성되지 않고, 그러한 청구범위 한정이 추가 구조가 없는 기능 설명에 이어지는 문구 "수단"을 명확하게 사용하지 않는 한 그리고 그를 명시적으로 사용할 때까지 35 U.S.C. § 112(f)에 기초하여 해석되도록 의도되지 않는다.

이러한 기재된 설명은 예들을 사용하여, 최상의 모드를 포함한 본 명세서에서 설명되는 주제의 몇몇 실시예를 개시하고, 또한, 본 디바이스 또는 시스템을 제조 및 이용하는 것 및 본 방법을 수행하는 것을 포함한 개시된 주제의 실시예를 당업자가 실시하는 것을 가능하게 한다. 본 명세서에서 설명되는 주제의 특허가능 범주는 청구범위에 의해서 한정되고, 당업자에게 떠오르는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들이 청구범위의 문헌적 표현과 상이하지 않은 구조적 요소를 갖는다면, 또는 그들이 청구범위의 문헌적 표현과 사소한 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함한다면, 그러한 다른 예들은 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

냉각 조립체로서,
터빈 조립체의 내측에 배치되고, 상기 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성되는 냉각 공동; 및
상기 냉각 공동과 유체 결합되고, 상기 냉각 공기의 적어도 일부를 상기 냉각 공동의 외부로 그리고 상기 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되고, 상기 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 상기 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 복수의 핀을 포함하는 크로스 뱅크(cross-bank)를 포함하고,
상기 크로스 뱅크는 또한 상기 핀들을 연결하는 크로스 바를 포함하고, 상기 크로스 바는 상기 크로스 바가 상기 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 상기 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 상기 핀들 사이에서 연장되는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 크로스 바는 바 평면(bar plane)을 따라서 길게 되고, 상기 핀들은 상이한 핀 평면을 따라서 길게 되는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 크로스 바는 상기 핀들이 길게 되는 방향에 수직인 방향을 따라서 길게 되는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 냉각 공동은 상기 핀들이 길게 되는 방향에 수직인 방향으로 상기 냉각 공기가 유동하게 하도록 형상화되는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 몸체는 상기 터빈 조립체의 에어포일(airfoil)이고, 상기 크로스 뱅크는 상기 에어포일의 후연 단부에 배치되는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 크로스 바는 상기 몸체의 제1 측 내부 표면으로부터 이격되는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 크로스 바는 상기 몸체의 제2 측 내부 표면으로부터 이격되는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 핀들은 제1 선형 행(linear row)으로 배열되고, 상기 크로스 뱅크는 하나 이상의 추가 선형 행으로 배열된 추가 핀들을 포함하는, 냉각 조립체.
제8항에 있어서, 상기 추가 핀들을 연결하는 하나 이상의 추가 크로스 바를 추가로 포함하는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 크로스 뱅크는 복수의 추가 핀 및 하나 이상의 추가 크로스 바를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 추가 크로스 바는 상기 추가 핀들을 연결하는, 냉각 조립체.
제1항에 있어서, 상기 핀은 제1 면적을 갖는 제1 단면 형상을 갖고, 상기 크로스 바는 제2 면적을 갖는 제2 단면 형상을 갖는, 냉각 조립체.
제11항에 있어서, 상기 제1 면적은 상기 제2 면적보다 커서, 상기 크로스 뱅크는 상기 핀과 상기 크로스 바 사이의 면적 비가 적어도 1인, 냉각 조립체.
냉각 조립체로서,
터빈 조립체의 내측에 배치되고, 상기 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성되는 냉각 공동; 및
상기 냉각 공동과 유체 결합되고, 상기 냉각 공기의 적어도 일부를 상기 냉각 공동의 외부로 그리고 상기 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되고, 상기 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 상기 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 복수의 핀을 포함하는 크로스 뱅크를 포함하고,
상기 크로스 뱅크는 또한 상기 핀들을 연결하는 크로스 바를 포함하고, 상기 크로스 바는 상기 제1 측 내부 표면으로부터 이격되고, 상기 크로스 바는 상기 제2 측 내부 표면으로부터 이격되는, 냉각 조립체.
제13항에 있어서, 상기 크로스 바는 상기 크로스 바가 상기 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 상기 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 상기 핀들 사이에서 연장되는, 냉각 조립체.
제13항에 있어서, 상기 몸체는 상기 터빈 조립체의 에어포일이고, 상기 크로스 뱅크는 상기 에어포일의 후연 단부에 배치되는, 냉각 조립체.
제13항에 있어서, 상기 핀들은 제1 선형 행으로 배열되고, 상기 크로스 뱅크는 하나 이상의 추가 선형 행으로 배열된 추가 핀들을 포함하는, 냉각 조립체.
제16항에 있어서, 상기 추가 핀들을 연결하는 하나 이상의 추가 크로스 바를 추가로 포함하는, 냉각 조립체.
제13항에 있어서, 상기 크로스 뱅크는 복수의 추가 핀 및 하나 이상의 추가 크로스 바를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 추가 크로스 바는 상기 추가 핀들을 연결하는, 냉각 조립체.
제13항에 있어서, 상기 핀은 제1 면적을 갖는 제1 단면 형상을 갖고, 상기 크로스 바는 제2 면적을 갖는 제2 단면 형상을 갖고, 상기 제1 면적은 상기 제2 면적보다 커서, 상기 크로스 뱅크는 상기 핀과 상기 크로스 바 사이의 면적 비가 적어도 1인, 냉각 조립체.
냉각 조립체로서,
터빈 조립체의 내측에 배치되고, 상기 터빈 조립체의 몸체 내측에 냉각 공기를 지향시키도록 구성되는 냉각 공동; 및
상기 냉각 공동과 유체 결합되고, 상기 냉각 공기의 적어도 일부를 상기 냉각 공동의 외부로 그리고 상기 몸체의 외측으로 지향시키도록 위치되고, 상기 몸체의 제1 측 내부 표면과 결합된 제1 단부 및 상기 몸체의 제2 측 내부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖는 선형 행들로 배열된 복수의 핀을 포함하는 크로스 뱅크를 포함하고,
상기 크로스 뱅크는 또한 상기 핀들을 연결하는 크로스 바들을 포함하고, 상기 크로스 바들은 상기 크로스 바들 중 제1 크로스 바가 상기 핀들 중 제1 핀의 외부 표면과 결합된 제1 단부 및 상기 핀들 중 제2 핀의 외부 표면과 결합된 반대편의 제2 단부를 갖도록 상기 핀들 사이에서 연장되고, 상기 크로스 바들은 상기 제1 측 내부 표면으로부터 이격되고, 상기 크로스 바들은 상기 제2 측 내부 표면으로부터 이격되는, 냉각 조립체.