WO2013069694A1 - インピンジ冷却機構、タービン翼及び燃焼器 - Google Patents

インピンジ冷却機構、タービン翼及び燃焼器 Download PDF

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cooling
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敬 山根
福山　佳孝
大北　洋治
千由紀 仲俣
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株式会社Ihi
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Definitions

  • the present invention relates to an impingement cooling mechanism, a turbine blade, and a combustor.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2011-244727 for which it applied to Japan on November 8, 2011, and uses the content here.
  • Patent Document 1 discloses an impingement cooling mechanism having a plurality of circular impingement holes formed in a facing member disposed to face a cooling target.
  • the flow rate increases toward the downstream due to the addition of the cooling gas supplied from the impingement hole to the gap. For this reason, on the downstream side of the cross flow that flows through the gap between the cooling target and the opposing member, the cooling gas ejected from the impingement hole flows into the cross flow before reaching the cooling target, and the heat transfer coefficient is reduced. It is difficult to increase.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to further improve the cooling efficiency by the impingement cooling mechanism.
  • the present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.
  • An impingement cooling mechanism includes a cooling target and a plurality of impingement holes formed in a facing member disposed to face the cooling target, and the plurality of impingement holes An impingement cooling mechanism that ejects a cooling gas toward the cooling target, wherein the impingement hole has an opening width in a flow direction of a cross flow in a gap between the cooling target and the opposing member. At least one flat impingement hole larger than the opening width in the direction orthogonal to the flow direction is provided.
  • the direction in which the opening width of the flat impingement hole is maximum is the flow direction of the cross flow in the gap between the cooling target and the facing member. And parallel.
  • the impingement cooling mechanism includes, in the first or second aspect, a turbulent flow forming means that is disposed by being exposed to a cross flow in a gap between the cooling target and the facing member. .
  • the impingement cooling mechanism according to a fourth aspect of the present invention is the impingement cooling mechanism according to the third aspect, wherein the turbulent flow forming means is disposed so as to face the flat impingement hole and fixed to the cooling target. Part.
  • the impingement cooling mechanism according to the fifth aspect of the present invention is a turbine blade having the impingement cooling mechanism according to any one of the first to fourth aspects.
  • the impingement cooling mechanism according to the sixth aspect of the present invention is a combustor having the impingement cooling mechanism according to any one of the first to fourth aspects.
  • the opening width in the flow direction of the cross flow in the gap between the cooling target and the opposing member is large, the cross flow of the cross flow is larger than the circular impingement hole that ejects the same flow rate of the cooling gas. The opening width when viewed from the flow direction can be reduced.
  • the collision area between the cross flow in the gap between the cooling target and the opposing member and the cooling gas flow ejected from the flat impingement hole can be made narrower than in the case of the circular impingement hole, and the crossing against the cooling gas flow can be reduced.
  • the influence of the flow can be reduced. Therefore, according to the present invention, by ejecting the cooling gas from the flat impingement hole, more cooling gas can reach the cooling target than when the cooling gas is ejected from the circular impingement hole. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve heat transfer efficiency and improve cooling efficiency.
  • FIG. 1A to 1C are schematic views showing a schematic configuration of the impingement cooling mechanism 1 of the present embodiment.
  • FIG. 1A is a side sectional view of the impingement cooling mechanism 1
  • FIG. 1B is a plan view of an opposing wall
  • FIG. 1C is an enlarged view of a flat impingement hole.
  • the impingement cooling mechanism 1 has a plurality of flat impingement holes 2 formed in an opposing wall 20 (opposing member) disposed to face the cooling target 10.
  • the impingement cooling mechanism 1 cools the cooling target 10 by ejecting a cooling gas from the flat impingement hole 2 to the cooling target 10.
  • each flat impingement hole 2 has an opening shape set to a racetrack shape formed by two parallel sides and an arc connecting these sides.
  • the flat impingement hole 2 is arranged so that the long axis is parallel to the flow direction of the cross flow F in the gap between the cooling target 10 and the facing wall 20. As a result, the maximum opening width direction is parallel to the cross flow F.
  • positioned as mentioned above has the flow of the cross flow F because the long axis faces the flow direction of the cross flow F and the short axis faces the direction orthogonal to the flow direction of the cross flow F.
  • the opening width D1 in the direction is set larger than the opening width D2 in the direction orthogonal to the flow direction of the cross flow F.
  • the size of the flat impingement hole 2 is set so that the opening area is the same as that of the circular impingement hole 100 conventionally used. As a result, as shown in FIG. 1C, the opening width D2 of the flat impingement hole 2 is narrower than the diameter Da of the conventional circular impingement hole 100.
  • the ratio of the opening width D1 and the opening width D2 of the flat impingement hole 2 is set by a manufacturing limit or the like. For example, if the opening width D1 becomes too wide, it interferes with the flat impingement hole 2 adjacent in the flow direction of the cross flow F, and the shape of the flat impingement hole 2 cannot be maintained. Therefore, the opening width D1 needs to be set in a range that does not interfere with the flat impingement hole 2 adjacent in the flow direction of the cross flow F.
  • the opening width D2 for determining the same opening area as the circular impingement hole 100 used in the related art is uniquely determined, and the ratio between the opening width D1 and the opening width D2 is determined. To do.
  • the opening width D1 is set by arranging the flat impingement holes 2 in a staggered manner. It becomes possible to ensure widely.
  • the opening width D1 in the flow direction of the crossflow F in the gap between the cooling target 10 and the opposing wall 20 is the flow of the crossflow F as an impingement hole.
  • the flat impingement hole 2 is set larger than the opening width D2 in the direction orthogonal to the direction.
  • the opening width D1 in the flow direction of the cross flow F is large, the flat impingement hole 2 is viewed from the flow direction of the cross flow F than the circular impingement hole that ejects the cooling gas having the same flow rate. In this case, the opening width can be reduced.
  • the collision area between the cross flow F and the cooling gas flow G ejected from the flat impingement hole 2 can be made narrower than in the case of the circular impingement hole, and the influence of the cross flow F on the cooling gas flow G can be reduced. Can be small. Therefore, according to the impingement cooling mechanism 1 of the present embodiment, by injecting the cooling gas from the flat impingement hole 2, the influence of the cooling gas being bent by the crossflow F is greater than when the cooling gas is ejected from the circular impingement hole. It becomes difficult to receive. Therefore, it is possible to increase the heat transfer efficiency and improve the cooling efficiency.
  • impingement cooling mechanism 1 of the present embodiment a configuration in which all impingement holes are flat impingement holes 2 is employed.
  • not all impingement holes need to be flat impingement holes 2.
  • the influence of the cross flow F on the cooling gas is increased on the downstream side where the flow rate of the cross flow F increases.
  • only the downstream side of the cross flow F may be used as the flat impingement hole 2.
  • the opening shape of the flat impingement hole 2 is a racetrack shape.
  • the opening width in the flow direction of the crossflow F is set larger than the opening width in the direction orthogonal to the flow direction of the crossflow F
  • the opening shape of the flat impingement hole in the present invention is not necessarily a racetrack shape. Need not be.
  • the flat impingement hole 2B whose opening shape is a rectangle as shown to FIG. 2B is also employable. Further, as shown in FIG.
  • a flat impingement hole 2C having an isosceles triangle whose front end faces the downstream side of the cross flow F can also be employed.
  • a flat impingement hole 2D having an isosceles triangle whose front end faces the upstream side of the cross flow F may be employed.
  • a diamond-shaped flat impingement hole 2E as shown in FIG. 2E can also be employed.
  • FIG. 3A and 3B are schematic views showing a schematic configuration of the impingement cooling mechanism 1A of the present embodiment
  • FIG. 3A is a side sectional view of the impingement cooling mechanism 1A
  • FIG. 3B is a plan view of the cooling target.
  • the impingement cooling mechanism 1 ⁇ / b> A includes a plurality of protrusions 3 (turbulent flow forming means) disposed so as to be exposed to the crossflow F.
  • the protrusion 3 is disposed to face the flat impingement hole 2 and is fixed to the cooling target 10, and forms a turbulent flow in the gap between the cooling target 10 and the facing wall 20.
  • a turbulent flow is formed in the gap between the cooling target 10 and the facing wall 20 by the protrusion 3, improving the heat transfer efficiency and improving the cooling efficiency. Can be improved.
  • the turbulent flow forming means of the present invention is a protrusion 3 provided for each flat impingement hole 2.
  • the turbulent flow forming means of the present invention only needs to be capable of forming a turbulent flow in the gap between the cooling target 10 and the facing wall 20.
  • dimples 3A provided for each flat impingement hole 2 can be used as the turbulent flow forming means of the present invention.
  • a groove (depressed portion) 3B extending in a direction orthogonal to the flow direction of the cross flow F can be used as the turbulent flow forming means of the present invention.
  • a protrusion 3C extending in a direction orthogonal to the flow direction of the cross flow F can be used as the turbulent flow forming means of the present invention.
  • FIGS. 7A and 7B An analysis model was used in which a discharge hole was provided on the downstream side in the arrangement direction of the impingement holes, and a mainstream gas flow path was provided in the outer region of the discharge hole. Further, in this simulation, as shown in FIG. 8, the impingement hole is a conventional impingement hole with a circular opening shape (A-1), and the opening shape is a racetrack shape and the long axis is a cross flow.
  • a flat impingement hole made parallel (corresponding to the flat impingement hole 2 of the first embodiment) (A-2), and a flat opening having a racetrack shape and a long axis perpendicular to the cross flow.
  • the average heat transfer coefficient A-2 was the most dominant. That is, it was confirmed that the heat transfer rate can be improved by using the flat impingement hole of the first embodiment as compared with the conventional circular impingement hole. Furthermore, since A-2 is the most dominant, it can be seen that the maximum opening width direction being parallel to the cross flow direction greatly contributes to the improvement of the average heat transfer coefficient. Therefore, it is preferable from the viewpoint of the average heat transfer rate that the flat impingement holes are arranged so that the major axis is parallel to the flow direction of the cross flow.
  • the impingement holes are all flat impingement holes whose opening shape is a racetrack shape and whose major axis is balanced with the cross flow, and as shown in FIG. 11, the impingement holes are viewed from the cooling gas injection direction.
  • B (3) placed on the protrusions were analyzed.
  • the average heat transfer coefficient B-3 was the most dominant. That is, a configuration in which the flat impingement holes are arranged so as to overlap the protrusions when viewed from the cooling gas injection direction, that is, a structure in which the protrusions are arranged to face the flat impingement holes is preferable from the viewpoint of the average heat transfer coefficient.
  • FIG. 13A and 13B are schematic views showing the turbine blade 30 and the combustor 40 including the impingement cooling mechanism 1 of the first embodiment described above.
  • FIG. 13A is a turbine blade cross-sectional view
  • FIG. 13B is a combustor cross-sectional view. is there.
  • the turbine blade 30 has a double shell structure including an outer wall 31 and an inner wall 32.
  • the outer wall 31 corresponds to the above-described cooling target 10
  • the inner wall 32 corresponds to the above-described opposing wall 20.
  • the turbine blade 30 includes an impingement cooling mechanism 1 having a flat impingement hole provided in the inner wall 32. According to the impingement cooling mechanism 1 of the first embodiment, since the heat transfer rate can be increased to improve the cooling efficiency, the turbine blade 30 including such an impingement cooling mechanism 1 has excellent heat resistance.
  • the combustor 40 has a double shell structure including an inner liner 41 and an outer liner 42.
  • the inner liner 41 corresponds to the cooling target 10 described above.
  • the combustor 40 includes an impingement cooling mechanism 1 having an outer liner 42 corresponding to the above-described opposing wall 20 and having a flat impingement hole provided in the outer liner 42.
  • the impingement cooling mechanism 1 of the first embodiment since the heat transfer rate can be increased and the cooling efficiency can be improved, the combustor 40 including such an impingement cooling mechanism 1 has excellent heat resistance.
  • the cooling gas is ejected from the flat impingement hole to thereby form a circular shape. More cooling gas can reach the cooling target than when the cooling gas is ejected from the impingement hole. Therefore, it is possible to increase the heat transfer efficiency and improve the cooling efficiency.

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Abstract

　冷却ターゲット（１０）と対向部材（２０）との隙間におけるクロスフロー（Ｆ）の流れ方向における開口幅（Ｄ１）が、クロスフローＦの流れ方向と直交する方向における開口幅（Ｄ２）よりも大きく設定された扁平インピンジ孔（２）を有する。従って、インピンジ冷却機構による冷却効率をより向上させる。

Description

インピンジ冷却機構、タービン翼及び燃焼器
　本発明は、インピンジ冷却機構、タービン翼及び燃焼器に関するものである。
　本願は、２０１１年１１月８日に日本国に出願された特願２０１１－２４４７２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　タービン翼や燃焼器は、高温雰囲気に晒されるため、熱伝達率を高めて冷却効率を向上させるためにインピンジ冷却機構を備えることがある。
　例えば、特許文献１には、冷却ターゲットに対向して配置される対向部材に形成された複数の円形のインピンジ孔を有するインピンジ冷却機構が開示されている。
米国特許第５１００２９３号明細書
　ところで、冷却ターゲットとインピンジ孔が形成される対向部材との隙間を流れるクロスフローは、インピンジ孔から当該隙間に供給される冷却ガスが加わることによって、下流に向かうに連れて流量が増大する。
　このため、冷却ターゲットと対向部材との隙間を流れるクロスフローの下流側においては、インピンジ孔から噴出された冷却ガスが冷却ターゲットに到達する前に当該クロスフローに流されてしまい、熱伝達率を高めることが難しい。　
　本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、インピンジ冷却機構による冷却効率をより向上させることを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
　本発明の第１の態様に係るインピンジ冷却機構は、冷却ターゲットと、前記冷却ターゲットに対向して配置される対向部材に形成された複数のインピンジ孔と、を備え、前記複数のインピンジメント孔から上記冷却ターゲットに向けて冷却ガスを噴出するインピンジ冷却機構であって、上記インピンジ孔として、上記冷却ターゲットと上記対向部材との隙間におけるクロスフローの流れ方向における開口幅が、上記隙間におけるクロスフローの流れ方向と直交する方向における開口幅よりも大きい扁平インピンジ孔を少なくとも一つ有する。
　本発明の第２の態様に係るインピンジ冷却機構は、上記第１の態様において、上記扁平インピンジ孔の開口幅が最大となる方向が上記冷却ターゲットと上記対向部材との隙間におけるクロスフローの流れ方向と平行である。
　本発明の第３の態様に係るインピンジ冷却機構は、上記第１または第２の態様において、上記冷却ターゲットと上記対向部材との隙間におけるクロスフローに晒されて配置される乱流形成手段を備える。
　本発明の第４の態様に係るインピンジ冷却機構は、上記第３の態様において、上記乱流形成手段が、上記扁平インピンジ孔に対向して配置されて上記冷却ターゲットに固定される突起部または陥没部である。
　本発明の第５の態様に係るインピンジ冷却機構は、上記第１～第４いずれかの態様であるインピンジ冷却機構を有するタービン翼である。
　本発明の第６の態様に係るインピンジ冷却機構は、上記第１～第４いずれかの態様であるインピンジ冷却機構を有する燃焼器である。
　本発明によれば、インピンジ孔として、冷却ターゲットと対向部材との隙間におけるクロスフローの流れ方向における開口幅が、隙間におけるクロスフローの流れ方向と直交する方向における開口幅よりも大きく設定された扁平インピンジ孔を有する。
　このような扁平インピンジ孔においては、冷却ターゲットと対向部材との隙間におけるクロスフローの流れ方向における開口幅が大きいため、同一の流量の冷却ガスを噴出する円形のインピンジ孔よりも、当該クロスフローの流れ方向から見た場合の開口幅を小さくすることができる。この結果、冷却ターゲットと対向部材との隙間におけるクロスフローと扁平インピンジ孔から噴出された冷却ガス流れとの衝突領域を、円形のインピンジ孔の場合よりも狭くすることができ、冷却ガス流れに対するクロスフローの影響を小さくすることができる。
　したがって、本発明によれば、扁平インピンジ孔から冷却ガスを噴出することにより、円形のインピンジ孔から冷却ガスを噴出する場合よりも多くの冷却ガスを冷却ターゲットに到達させることができる。
　よって、本発明によれば、熱伝達効率を高め、冷却効率を向上させることが可能となる。
本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える扁平インピンジ孔の変形例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える扁平インピンジ孔の変形例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える扁平インピンジ孔の変形例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える扁平インピンジ孔の変形例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える扁平インピンジ孔の変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構の概略構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構の概略構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える乱流形成手段の変形例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える乱流形成手段の変形例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える乱流形成手段の変形例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える乱流形成手段の変形例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える乱流形成手段の変形例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構が備える乱流形成手段の変形例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーションに用いた解析モデルの概念図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーションに用いた解析モデルの概念図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーションに用いた解析モデルのパターンを説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーションに用いた解析モデルの概念図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーションに用いた解析モデルの概念図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーションに用いた解析モデルのパターンを説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態におけるインピンジ冷却機構の効果を検証するためのシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構を備えるタービン翼を示す模式図である。 本発明の第１実施形態におけるインピンジ冷却機構を備える燃焼器を示す模式図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係るインピンジ冷却機構、タービン翼、燃焼器の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
（インピンジ冷却機構の第１実施形態）
　図１Ａ～図１Ｃは、本実施形態のインピンジ冷却機構１の概略構成を示す模式図である。図１Ａがインピンジ冷却機構１の側面断面図、図１Ｂが対向壁の平面図、図１Ｃが扁平インピンジ孔の拡大図である。
　これらの図に示すように、インピンジ冷却機構１は、冷却ターゲット１０に対向して配置される対向壁２０（対向部材）に形成された複数の扁平インピンジ孔２を有している。
　そして、インピンジ冷却機構１は、扁平インピンジ孔２から冷却ターゲット１０に冷却ガスを噴出することによって冷却ターゲット１０を冷却する。
　扁平インピンジ孔２は、図１Ｂに示すように、対向壁２０に対して、均等間隔で複数設けられている。
　各扁平インピンジ孔２は、図１Ｃに示すように、開口形状が、平行な２辺とこれらの辺を繋げる円弧とによって形成されるレーストラック形状に設定されている。
　また、扁平インピンジ孔２は、図１Ｃに示すように、長軸が冷却ターゲット１０と対向壁２０との隙間におけるクロスフローＦの流れ方向と平行となるように配置されている。これによって最大開口幅方向がクロスフローＦと平行とされている。
　そして、上述のように配置された扁平インピンジ孔２は、長軸がクロスフローＦの流れ方向を向き、短軸がクロスフローＦの流れ方向と直交する方向を向くことで、クロスフローＦの流れ方向における開口幅Ｄ１が、クロスフローＦの流れ方向と直交する方向における開口幅Ｄ２よりも大きく設定されている。
　このような扁平インピンジ孔２は、従来用いられていた円形のインピンジ孔１００と開口面積が同一となるように大きさが設定されている。この結果、図１Ｃに示すように、扁平インピンジ孔２の開口幅Ｄ２は、従来の円形のインピンジ孔１００の直径Ｄａよりも狭くなっている。
　なお、扁平インピンジ孔２の開口幅Ｄ１と開口幅Ｄ２との比率は、製造限界等によって設定される。
　例えば、開口幅Ｄ１が広くなりすぎると、クロスフローＦの流れ方向に隣合う扁平インピンジ孔２と干渉して、扁平インピンジ孔２の形状を保てなくなる。従って、開口幅Ｄ１は、クロスフローＦの流れ方向に隣合う扁平インピンジ孔２と干渉しない範囲に設定する必要がある。そして、開口幅Ｄ１が決定すれば、従来用いられた円形のインピンジ孔１００と同一の開口面積とするための開口幅Ｄ２が一義的に決定し、開口幅Ｄ１と開口幅Ｄ２との比率が決定する。
　なお、クロスフローＦの流れ方向における扁平インピンジ孔２が狭いピッチで配置され、開口幅Ｄ１を十分に広く確保できない場合には、扁平インピンジ孔２を千鳥状に配置とすることによって開口幅Ｄ１を広く確保することが可能となる。
　このような構成を有する本実施形態のインピンジ冷却機構１によれば、インピンジ孔として、冷却ターゲット１０と対向壁２０との隙間におけるクロスフローＦの流れ方向における開口幅Ｄ１が、クロスフローＦの流れ方向と直交する方向における開口幅Ｄ２よりも大きく設定された扁平インピンジ孔２を有する。
　このような扁平インピンジ孔２においては、クロスフローＦの流れ方向における開口幅Ｄ１が大きいため、同一の流量の冷却ガスを噴出する円形のインピンジ孔よりも、当該クロスフローＦの流れ方向から見た場合の開口幅を小さくすることができる。この結果、クロスフローＦと扁平インピンジ孔２から噴出された冷却ガス流れＧとの衝突領域を、円形のインピンジ孔の場合よりも狭くすることができ、冷却ガス流れＧに対するクロスフローＦの影響を小さくすることができる。
　したがって、本実施形態のインピンジ冷却機構１によれば、扁平インピンジ孔２から冷却ガスを噴出することにより、円形のインピンジ孔から冷却ガスを噴出する場合より冷却ガスがクロスフローＦにより曲げられる影響を受けにくくなる。よって、熱伝達効率を高め、冷却効率を向上させることが可能となる。
　なお、本実施形態のインピンジ冷却機構１においては、全てのインピンジ孔が扁平インピンジ孔２である構成を採用した。
　しかしながら、必ずしも全てのインピンジ孔を扁平インピンジ孔２とする必要はない。
　例えば、クロスフローＦの冷却ガスへの影響は、当該クロスフローＦの流量が増大する下流側において大きくなる。このため、クロスフローＦの下流側のみを扁平インピンジ孔２としても良い。このような場合には、円形のインピンジ孔よりも加工コストが増大する扁平インピンジ孔２の数を減少させることができ、インピンジ冷却機構１の製造コストを低減させることができる。
　また、本実施形態のインピンジ冷却機構１においては、扁平インピンジ孔２の開口形状がレーストラック形状である構成について説明した。
　しかしながら、クロスフローＦの流れ方向における開口幅が、クロスフローＦの流れ方向と直交する方向における開口幅よりも大きく設定されていれば、本発明における扁平インピンジ孔の開口形状は、必ずしもレーストラック形状である必要はない。
　例えば、図２Ａに示すような、開口形状が楕円の扁平インピンジ孔２Ａを採用することも可能である。また、図２Ｂに示すような、開口形状が長方形の扁平インピンジ孔２Ｂを採用することもできる。また、図２Ｃに示すような、先端がクロスフローＦの下流側を向く二等辺三角形の扁平インピンジ孔２Ｃを採用することもできる。また、図２Ｄに示すような、先端がクロスフローＦの上流側を向く二等辺三角形の扁平インピンジ孔２Ｄを採用することもできる。また、図２Ｅに示すような、ひし形の扁平インピンジ孔２Ｅを採用することもできる。
（インピンジ冷却機構の第２実施形態）
　次に、本発明のインピンジ冷却機構の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上述のインピンジ冷却機構の第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図３Ａ、図３Ｂは、本実施形態のインピンジ冷却機構１Ａの概略構成を示す模式図であり、図３Ａがインピンジ冷却機構１Ａの側面断面図、図３Ｂが冷却ターゲットの平面図である。
　これらの図に示すように、インピンジ冷却機構１Ａは、クロスフローＦに晒されて配置される突起部３（乱流形成手段）を複数備えている。
　この突起部３は、扁平インピンジ孔２に対向して配置されて冷却ターゲット１０に固定されており、冷却ターゲット１０と対向壁２０との間の隙間に乱流を形成する。
　このような構成を有する本実施形態のインピンジ冷却機構１によれば、突起部３によって冷却ターゲット１０と対向壁２０との間の隙間に乱流が形成され、熱伝達効率を高め、冷却効率を向上させることができる。
　なお、本実施形態のインピンジ冷却機構１Ａにおいては、本発明の乱流形成手段が、扁平インピンジ孔２ごとに設けられた突起部３である構成を採用した。
　しかしながら、本発明の乱流形成手段は、冷却ターゲット１０と対向壁２０との間の隙間に乱流を形成できるものであれば良い。
　例えば、図４Ａ、図４Ｂに示すように、扁平インピンジ孔２ごとに設けられたディンプル３Ａを本発明の乱流形成手段として用いることも可能である。また、図５Ａ、図５Ｂに示すように、クロスフローＦの流れ方向と直交する方向に延在する溝部（陥没部）３Ｂを本発明の乱流形成手段として用いることも可能である。また、図６Ａ、図６Ｂに示すように、クロスフローＦの流れ方向と直交する方向に延在する突起部３Ｃを本発明の乱流形成手段として用いることも可能である。　
（インピンジ冷却機構のシミュレーション結果）
　上述の第１実施形態のインピンジ冷却機構１の効果を検証するためのシミュレーションを行った。
　本シミュレーションにおいては、図７Ａ、図７Ｂに示すように、インピンジ孔の配列方向下流側に排出孔を設け、さらに排出孔の外側領域に主流ガスの流路を有する解析モデルを用いた。
　さらに、本シミュレーションでは、図８に示すように、インピンジ孔を、開口形状が円形の従来のインピンジ孔としたもの（Ａ－１）と、開口形状がレーストラック形状でかつ長軸がクロスフローと平行とされた扁平インピンジ孔（上記第１実施形態の扁平インピンジ孔２に相当）としたもの（Ａ－２）と、開口形状がレーストラック形状でかつ長軸がクロスフローと直交とされた扁平インピンジ孔としたもの（Ａ－３）と、開口形状がレーストラック形状でかつ長軸がクロスフローに対して４５°で交差する扁平インピンジ孔としたもの（Ａ－４）とについて解析を行った。
　この結果、図９に示すように、平均熱伝達率については、Ａ－２が最も優位であることが確認された。つまり、上記第１実施形態の扁平インピンジ孔を用いることによって従来の円形のインピンジ孔よりも熱伝達率を向上できることが確認された。
　さらに、Ａ－２が最も優位であることから、最大開口幅方向がクロスフローの流れ方向と平行とされていることが平均熱伝達率の向上に大きく寄与することが分かる。したがって、扁平インピンジ孔は、長軸がクロスフローの流れ方向と平行となるように配置することが平均熱伝達率の観点から好ましい。
　次に、上述の第２実施形態のインピンジ冷却機構１Ａの効果を検証するためのシミュレーションを行った。
　本シミュレーションでは、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、図７Ａ、図７Ｂに示す解析モデルに対して突起部を付加した解析モデルを用いて解析を行った。
　また、本シミュレーションでは、インピンジ孔を全て開口形状がレーストラック形状でかつ長軸がクロスフローと平衡とされた扁平インピンジ孔とし、図１１に示すように、冷却ガスの噴射方向から見てインピンジ孔を突起部の間に配置したもの（Ｂ－１）と、Ｂ－１の配置位置からさらに突起部の配列方向から外したもの（Ｂ－２）と、冷却ガスの噴射方向から見てインピンジ孔を突起部に重ねて配置されたもの（Ｂ－３）とについて解析を行った。
　この結果、図１２に示すように、平均熱伝達率については、Ｂ－３が最も優位であることが確認された。つまり、冷却ガスの噴射方向から見て扁平インピンジ孔を突起部に重ねて配置されたもの、すなわち突起部が扁平インピンジ孔に対向して配置された構成が平均熱伝達率の観点から好ましい。
（タービン翼及び燃焼器）
　図１３Ａ、図１３Ｂは、上述の第１実施形態のインピンジ冷却機構１を備えるタービン翼３０及び燃焼器４０を示す模式図であり、図１３Ａがタービン翼断面図、図１３Ｂが燃焼器断面図である。
　タービン翼３０は、図１３Ａに示すように、外壁３１と内壁３２とを備える二重殻構造を有している。外壁３１が上述の冷却ターゲット１０に相当し、内壁３２が上述の対向壁２０に相当する。タービン翼３０は、内壁３２に設けられた扁平インピンジ孔を有するインピンジ冷却機構１を備えている。
　上記第１実施形態のインピンジ冷却機構１によれば、熱伝達率を高めて冷却効率を向上させることができるため、このようなインピンジ冷却機構１を備えるタービン翼３０は優れた耐熱性を有する。
　燃焼器４０は、図１３Ｂに示すように、インナライナ４１とアウタライナ４２とを備える二重殻構造を有している。インナライナ４１が上述の冷却ターゲット１０に相当する。燃焼器４０は、アウタライナ４２が上述の対向壁２０に相当し、アウタライナ４２に設けられた扁平インピンジ孔を有するインピンジ冷却機構１を備えている。
　上記第１実施形態のインピンジ冷却機構１によれば、熱伝達率を高めて冷却効率を向上させることができるため、このようなインピンジ冷却機構１を備える燃焼器４０は優れた耐熱性を有する。
　なお、タービン翼３０及び燃焼器４０が、上記第１実施形態のインピンジ冷却機構１に換えて上記第２実施形態のインピンジ冷却機構１Ａを備える構成を採用することも可能である。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　冷却ターゲットに対向して配置される対向部材に形成された複数のインピンジ孔から上記冷却ターゲットに向けて冷却ガスを噴出するインピンジ冷却機構において、扁平インピンジ孔から冷却ガスを噴出することにより、円形のインピンジ孔から冷却ガスを噴出する場合よりも多くの冷却ガスを冷却ターゲットに到達させることができる。よって、熱伝達効率を高め、冷却効率を向上させることが可能となる。
    １，１Ａ……インピンジ冷却機構
    ２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ……扁平インピンジ孔
　　３……突起部（乱流形成手段）
　　３Ａ……ディンプル（乱流形成手段）
　　３Ｂ……溝部（乱流形成手段）
　　３Ｃ……突起部（乱流形成手段）
　　１０……冷却ターゲット
　　２０……対向壁（対向部材）
　　Ｄ１……クロスフロー方向における開口幅
　　Ｄ２……クロスフロー方向と直交する方向における開口幅
　　Ｆ……クロスフロー
　　３０……タービン翼
　　３１……外壁
　　３２……内壁
　　４０……燃焼器
　　４１……インナライナ
　　４２……アウタライナ

Claims (6)

  1. 　冷却ターゲットと、
    　前記冷却ターゲットに対向して配置される対向部材と、
    　前記対向部材に形成される複数のインピンジ孔と、を備え、
    　前記複数のインピンジ孔から前記冷却ターゲットに向けて冷却ガスを噴出するインピンジ冷却機構であって、
    　前記インピンジ孔として、前記冷却ターゲットと前記対向部材との隙間におけるクロスフローの流れ方向における開口幅が、前記隙間におけるクロスフローの流れ方向と直交する方向における開口幅よりも大きい扁平インピンジ孔を少なくとも一つ有するインピンジ冷却機構。
  2. 　前記扁平インピンジ孔の開口幅が最大となる方向が前記冷却ターゲットと前記対向部材との隙間におけるクロスフローの流れ方向と平行である請求項１記載のインピンジ冷却機構。
  3. 　前記冷却ターゲットと前記対向部材との隙間におけるクロスフローに晒されて配置される乱流形成手段を備える請求項１または２記載のインピンジ冷却機構。
  4. 　前記乱流形成手段は、前記扁平インピンジ孔に対向して配置されて前記冷却ターゲットに固定される突起部または陥没部である請求項３記載のインピンジ冷却機構。
  5. 　請求項１～４いずれかに記載のインピンジ冷却機構を有するタービン翼。
  6. 　請求項１～４いずれかに記載のインピンジ冷却機構を有する燃焼器。
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