(57)【要約】【課題】過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供する。【解決手段】一実施形態に係る高温部品は、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、各々の前記冷却通路内に設けられ、前記冷却通路を複数の第１分岐流路に仕切る第１仕切壁と、を備え、前記第１仕切壁は、前記第１仕切壁の上流側領域において、前記冷却通路の延在方向から見たときの前記冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減するように形成された傾斜部を含む。【選択図】図５
2020165361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
各々の前記冷却通路内に設けられ、前記冷却通路を複数の第１分岐流路に仕切る第１仕切壁と、
を備え、
前記第１仕切壁は、前記第１仕切壁の上流側領域において、前記冷却通路の延在方向から見たときの前記冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減するように形成された傾斜部を含む
高温部品。
【請求項２】
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
各々の前記第１分岐流路は、前記幅方向において前記第１仕切壁の前記傾斜部に隣接する前記第１分岐流路の上流端領域において、前記幅方向に直交する前記冷却通路の高さ方向の寸法Ｈｐが下流側に向かって漸増するように形成されている
請求項１に記載の高温部品。
【請求項３】
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
各々の前記第１分岐流路は、少なくとも前記傾斜部よりも下流側において、前記幅方向に直交する前記冷却通路の高さ方向の寸法Ｈｐが下流側に向かって漸減する流路高さ縮小部を含む
請求項１又は２に記載の高温部品。
【請求項４】
前記冷却通路の前記延在方向において、前記流路高さ縮小部と前記傾斜部とが少なくとも部分的にオーバラップしている
請求項３に記載の高温部品。
【請求項５】
前記流路高さ縮小部を形成する前記第１分岐流路の内壁面は、前記冷却通路の前記延在方向に対して傾斜するテーパ壁面を有し、
前記冷却通路の前記延在方向に対する前記傾斜部の傾斜角度は、前記延在方向に対する前記テーパ壁面の傾斜角度よりも大きい
請求項３又は４に記載の高温部品。
【請求項６】
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
前記傾斜部は、前記幅方向に直交する前記冷却通路の高さ方向における寸法Ｈｔが下流側に向かって漸増するように形成されている
請求項１乃至５の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項７】
前記高温部品は、前記冷却通路の前記高さ方向における一方側に被加熱面を有し、
前記傾斜部は、前記冷却通路を形成するように前記高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち、前記高温部品の前記被加熱面に近い方の第１通路内壁面から第２通路内壁面に向かって立設された
請求項６に記載の高温部品。
【請求項８】
前記高温部品は、前記冷却通路の前記高さ方向における一方側に被加熱面を有し、
前記傾斜部は、前記冷却通路を形成するように前記高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち、前記高温部品の前記被加熱面から遠い方の第２通路内壁面から第１通路内壁面に向かって立設された
請求項６に記載の高温部品。
【請求項９】
前記冷却通路の前記延在方向に対する前記傾斜部の傾斜角度は、４５度以下である
請求項６乃至８の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項１０】
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
前記傾斜部は、前記幅方向における寸法Ｗｔが下流側に向かって漸増するように形成されている
請求項１乃至５の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項１１】
前記第１仕切壁の下流側において前記第１分岐流路内に設けられ、前記第１分岐流路を途中から複数の第２分岐流路に仕切る第２仕切壁をさらに備える
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項１２】
前記傾斜部における前記第１仕切壁の側面に繋がる前記傾斜部の上流端部は、角部が面取りされている
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項１３】
前記高温部品は、前記冷却通路の高さ方向における一方側に被加熱面を有し、
前記冷却通路を形成するように前記高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち、前記被加熱面に近い方の第１通路内壁面は、前記冷却通路の上流側から下流側に向かうにつれて前記被加熱面との距離が小さくなるように前記被加熱面に対して傾斜している
請求項１乃至１２の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項１４】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
金属積層造形法によって、前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を前記高温部品の内部に形成するとともに、各々の前記冷却通路内に設けられて前記冷却通路を複数の第１分岐流路に仕切る第１仕切壁を形成するステップを備え、
前記第１仕切壁は、前記第１仕切壁の上流側領域において、前記冷却通路の延在方向から見たときの前記冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減するように形成された傾斜部を含む
高温部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高温部品及び高温部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンやロケットエンジン等、高温の作動ガスが内部を流れる機械では、その機械を構成する部品には、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品が含まれる。このような高温部品の冷却構造として、部品の内部に冷却空気が流通可能な複数の配送チャネル（冷却通路）に冷却空気を流通させることで高温部品の冷却を行うことが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４８８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却通路に流通される冷却空気（冷却媒体）は、冷却通路の内壁面から伝達される熱によって、冷却通路の下流側に向かって流れるにつれて温度が上昇する。したがって、冷却通路の下流側に向かうにつれて内壁面と冷却媒体との温度差が小さくなって伝熱量が低下し、冷却能力が低下する。そのため、例えば冷却媒体の流通量を増やす等によって、冷却通路の下流側で冷却能力が不足しないようにすると、冷却通路の上流側では、冷却能力が過剰となってしまう。
ガスタービンやロケットエンジン等のように高温の作動ガスによって作動する機械では、一般的に、過剰な冷却は機械の熱効率の低下を招いてしまう。そのため、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることが望まれている。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る高温部品は、
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
各々の前記冷却通路内に設けられ、前記冷却通路を複数の第１分岐流路に仕切る第１仕切壁と、
を備え、
前記第１仕切壁は、前記第１仕切壁の上流側領域において、前記冷却通路の延在方向から見たときの前記冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減するように形成された傾斜部を含む。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、第１仕切壁を冷却通路内に設けることで、冷却通路の延在方向から見たときの冷却通路の流路断面積を小さくすることができる。これにより、冷却通路を流れる冷却媒体の流速が、第１仕切壁が設けられていない区間である第１分岐流路より上流側の区間よりも、第１仕切壁が設けられている区間である第１分岐流路の方が速くなる。したがって、第１分岐流路における冷却媒体への熱伝達率を第１分岐流路より上流側の区間よりも大きくできる。
また、第１仕切壁を冷却通路内に設けることで、第１分岐流路より上流側の区間における単位長さ当たりの冷却通路の内壁面の面積よりも、複数の第１分岐流路における単位区間当たりの複数の第１分岐流路の内壁面の面積の合計面積の方を大きくできる。
これらにより、第１分岐流路よりも上流側の区間において過剰な冷却を抑制しつつ、第１分岐流路において下流側に向かうにつれて冷却媒体の温度が上昇しても冷却能力が不足しないようにすることができる。
【０００８】
なお、冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かって急減すると、流路断面積の急減する前（上流側）の区間から急減した後（下流側）の区間にかけて、冷却媒体への熱伝達率が急増し、高温部品の温度が急激に低下する領域が発生するおそれがある。また、単位長さ当たりの冷却通路の内壁面の面積が上流側から下流側に向かって急増すると、内壁面の面積の急増する前（上流側）の区間から急増した後（下流側）の区間にかけて、冷却媒体への伝熱量が急増し、高温部品の温度が急激に低下する領域が発生するおそれがある。
高温部品において場所によって温度が急変する領域が発生すると、熱応力が大きくなって高温部品の耐久性に悪い影響を与えるおそれがある。また、過剰な冷却による熱効率の低下にもつながり得る。
その点、上記（１）の構成によれば、冷却通路において傾斜部が形成された区間では、冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減する。これにより、冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かって急減すること、及び、単位長さ当たりの冷却通路の内壁面の面積が上流側から下流側に向かって急増することを抑制して、上述したような冷却媒体への熱伝達率や伝熱量の急増を抑制できる。したがって、高温部品の温度が急激に低下する領域が発生することを抑制でき、高温部品の耐久性を損なわない。また、過剰な冷却による熱効率の低下を抑制できる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
各々の前記第１分岐流路は、前記幅方向において前記第１仕切壁の前記傾斜部に隣接する前記第１分岐流路の上流端領域において、前記幅方向に直交する前記冷却通路の高さ方向の寸法Ｈｐが下流側に向かって漸増するように形成されている。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、第１分岐流路の上流端領域において流路断面積を漸増できる。これにより、第１仕切壁を設けることによる、流路断面積の減少を抑制でき、上述したような冷却媒体への熱伝達率の急増を抑制できる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
各々の前記第１分岐流路は、少なくとも前記傾斜部よりも下流側において、前記幅方向に直交する前記冷却通路の高さ方向の寸法Ｈｐが下流側に向かって漸減する流路高さ縮小部を含む。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、流路高さ縮小部において流路断面積を漸減できる。これにより、流路高さ縮小部において冷却媒体の流速、すなわち熱伝達率を漸増できるので、流路高さ縮小部において下流側に向かうにつれて冷却媒体の温度が上昇しても冷却能力が不足しないようにすることができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記冷却通路の前記延在方向において、前記流路高さ縮小部と前記傾斜部とが少なくとも部分的にオーバラップしている。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、流路高さ縮小部と傾斜部とがオーバラップしている区間では、流路高さ縮小部と傾斜部とがオーバラップしていない区間と比べて、冷却通路における単位長さ当たりの流路断面積の減少率を大きくできる。したがって、より冷却が必要となる領域に流路高さ縮小部と傾斜部とがオーバラップしている区間を設けることで、必要な冷却能力を確保できる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、
前記流路高さ縮小部を形成する前記第１分岐流路の内壁面は、前記冷却通路の前記延在方向に対して傾斜するテーパ壁面を有し、
前記冷却通路の前記延在方向に対する前記傾斜部の傾斜角度は、前記延在方向に対する前記テーパ壁面の傾斜角度よりも大きい。
【００１６】
例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって高温部品を製作する場合、冷却通路の延在方向に対する傾斜部の傾斜角度が小さくなると、傾斜部において冷却通路の延在方向と交差する方向を指向する先端部と冷却通路の壁面との隙間が小さくなる領域において隙間の確保が困難となるので、傾斜部を精度よく形成することが困難となる。
これに対し、流路高さ縮小部では、冷却媒体を流さなければならないので、流路高さ縮小部における最も下流側の領域であってもテーパ壁面は、該テーパ壁面と対向する壁面からある程度以上離間している。そのため、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって高温部品を製作する場合であっても、冷却通路の延在方向に対するテーパ壁面の傾斜角度が仮に０度でも流路高さ縮小部を形成可能である。
上記（５）の構成によれば、冷却通路の延在方向に対する傾斜部の傾斜角度が冷却通路の延在方向に対するテーパ壁面の傾斜角度よりも大きいので、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって高温部品を製作する場合に、傾斜部を精度よく形成し易くなる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
前記傾斜部は、前記幅方向に直交する前記冷却通路の高さ方向における寸法Ｈｔが下流側に向かって漸増するように形成されている。
【００１８】
上記（６）の構成では、冷却通路における冷却媒体の流れに沿った区間のうち、傾斜部が設けられている区間では、高さ方向において対向する一対の内壁面（一対の通路内壁面）のうち、一方の通路内壁面は傾斜部と接続され、他方の通路内壁面は傾斜部との間に隙間が存在する。そのため、傾斜部が設けられている区間では、一方の通路内壁面と他方の通路内壁面とで、冷却媒体による冷却のされ易さ、すなわち冷却能力に差が生じる。したがって、上記（６）の構成によれば、上述した冷却能力の差を考慮して高温部品における傾斜部の配置を決定することで、高温部品に要求される冷却能力に対する過不足を抑制できる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記高温部品は、前記冷却通路の前記高さ方向における一方側に被加熱面を有し、
前記傾斜部は、前記冷却通路を形成するように前記高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち、前記高温部品の前記被加熱面に近い方の第１通路内壁面から第２通路内壁面に向かって立設されている。
【００２０】
上記（７）の構成では、冷却通路における冷却媒体の流れに沿った区間のうち、傾斜部が設けられている区間では、第１通路内壁面は傾斜部と接続され、第２通路内壁面は傾斜部との間に隙間が存在する。そのため、第２通路内壁面と比べて第１通路内壁面の冷却能力を高められる。また、第１通路内壁面は、高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち被加熱面に近い方の通路内壁面である。したがって、上記（７）の構成によれば、被加熱面からの熱を効率的に冷却媒体に伝達でき、第１通路内壁面の過熱を抑制できる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記高温部品は、前記冷却通路の前記高さ方向における一方側に被加熱面を有し、
前記傾斜部は、前記冷却通路を形成するように前記高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち、前記高温部品の前記被加熱面から遠い方の第２通路内壁面から第１通路内壁面に向かって立設されている。
【００２２】
上記（８）の構成では、冷却通路における冷却媒体の流れに沿った区間のうち、傾斜部が設けられている区間では、第２通路内壁面は傾斜部と接続され、第１通路内壁面は傾斜部との間に隙間が存在する。そのため、第２通路内壁面と比べて第１通路内壁面の冷却能力を抑制できる。また、第２通路内壁面は、高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち被加熱面から遠い方の通路内壁面である。すなわち、第１通路内壁面は、高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち被加熱面に近い方の通路内壁面である。したがって、上記（８）の構成によれば、被加熱面からの熱が冷却媒体に伝達されることを抑制でき、第１通路内壁面が過剰に冷却されてしまうことを抑制できる。
【００２３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（８）の何れかの構成において、前記冷却通路の前記延在方向に対する前記傾斜部の傾斜角度は、４５度以下である。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、傾斜部の傾斜角度を４５度以下とすることで、冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて急減することを抑制できるので、冷却媒体への熱伝達率の急増を抑制できる。したがって、高温部品の温度が急激に低下する領域が発生することを抑制でき、高温部品の耐久性を損なわない。
また、高温部品が金属積層造形法によって形成されるのであれば、冷却通路の上流側から下流側に向かって積層させて形成する場合、傾斜部におけるオーバハング角度を４５度以下に抑制できるので、傾斜部を精度よく形成できる。
【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
各々の前記冷却通路は、前記第１仕切壁によって、前記冷却通路の幅方向において一対の前記第１分岐流路に仕切られており、
前記傾斜部は、前記幅方向における寸法Ｗｔが下流側に向かって漸増するように形成されている。
【００２６】
上記（１０）の構成では、冷却通路における冷却媒体の流れに沿った区間のうち、傾斜部が設けられている区間では、幅方向に直交する高さ方向において対向する一対の内壁面（一対の通路内壁面）の双方とも傾斜部と接続されるようにすることができる。そのため、傾斜部が設けられている区間では、一方の通路内壁面と他方の通路内壁面とで、冷却媒体による冷却のされ易さ、すなわち冷却能力に差が生じることを抑制できる。したがって、上記（１０）の構成は、一方の通路内壁面と他方の通路内壁面とで冷却能力に差が生じることが好ましくない場合に適する。
【００２７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、前記第１仕切壁の下流側において前記第１分岐流路内に設けられ、前記第１分岐流路を途中から複数の第２分岐流路に仕切る第２仕切壁をさらに備える。
【００２８】
上記（１１）の構成によれば、第１分岐流路を途中から複数の第２分岐流路に仕切ることで分岐の段数を増やすことができ、冷却能力の調整幅を大きくできる。
【００２９】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、前記傾斜部における前記第１仕切壁の側面に繋がる前記傾斜部の上流端部は、角部が面取りされている。
【００３０】
上記（１２）の構成によれば、傾斜部が形成された領域における冷却通路の圧力損失を抑制できる。
【００３１】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成において、
前記高温部品は、前記冷却通路の高さ方向における一方側に被加熱面を有し、
前記冷却通路を形成するように前記高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち、前記被加熱面に近い方の第１通路内壁面は、前記冷却通路の上流側から下流側に向かうにつれて前記被加熱面との距離が小さくなるように前記被加熱面に対して傾斜している。
【００３２】
上記（１３）の構成によれば、冷却通路の上流側から下流側に向かうにつれて被加熱面と第１通路内壁面との距離が小さくなるので、冷却通路における上流側の区間において過剰な冷却を抑制しつつ、冷却通路において下流側に向かうにつれて冷却媒体の温度が上昇しても冷却能力が不足しないようにすることができる。
【００３３】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る高温部品の製造方法は、
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
金属積層造形法によって、前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を前記高温部品の内部に形成するとともに、各々の前記冷却通路内に設けられて前記冷却通路を複数の第１分岐流路に仕切る第１仕切壁を形成するステップを備え、
前記第１仕切壁は、前記第１仕切壁の上流側領域において、前記冷却通路の延在方向から見たときの前記冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減するように形成された傾斜部を含む。
【００３４】
上記（１４）の方法によれば、第１仕切壁を冷却通路内に設けて、冷却通路の延在方向から見たときの冷却通路の流路断面積を小さくすることができる。これにより、上述したように、冷却通路を流れる冷却媒体の流速が、第１仕切壁が設けられていない区間である第１分岐流路より上流側の区間よりも、第１仕切壁が設けられている区間である第１分岐流路の方が速くなる。したがって、第１分岐流路における冷却媒体への熱伝達率を第１分岐流路より上流側の区間よりも大きくできる。
また、上述したように、第１仕切壁を冷却通路内に設けることで、第１分岐流路より上流側の区間における単位長さ当たりの冷却通路の内壁面の面積よりも、複数の第１分岐流路における単位区間当たりの複数の第１分岐流路の内壁面の面積の合計面積の方を大きくできる。
これらにより、第１分岐流路よりも上流側の区間において過剰な冷却を抑制しつつ、第１分岐流路において下流側に向かうにつれて冷却媒体の温度が上昇しても冷却能力が不足しないように構成された高温部品を提供できる。
【００３５】
また、上記（１４）の方法によれば、冷却通路において傾斜部が形成された区間では、冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減する。これにより、冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かって急減すること、及び、単位長さ当たりの冷却通路の内壁面の面積が上流側から下流側に向かって急増することを抑制して、上述したような冷却媒体への熱伝達率や伝熱量の急増を抑制できる。したがって、高温部品の温度が急激に低下する領域が発生することを抑制でき、高温部品の耐久性を損なわない。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ガスタービンの全体構成を表す概略図である。
【図２】タービンのガス流路を表す断面図である。
【図３】幾つかの実施形態に係る分割体を径方向外側から見た模式的な平面図、及び、周方向に沿ってロータの回転方向下流側から回転方向上流側に向かって見た模式的な側面図である。
【図４】図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図である。
【図５】図３におけるＡ５−Ａ５矢視断面図である。
【図６】一実施形態に係る分割体の冷却通路の一部についての模式的な断面図である。
【図７】他の実施形態に係る分割体の冷却通路の一部についての模式的な断面図である。
【図８】さらに他の実施形態に係る分割体の冷却通路の一部についての模式的な断面図である。
【図９】さらに他の実施形態に係る分割体の冷却通路の一部についての模式的な断面図である。
【図１０】傾斜部の先端部の向きが異なる２つのケースについて併記した図である。
【図１１】傾斜部において、下流側に向かうにつれて高さ方向の寸法を漸増させるケースと、幅方向の寸法を漸増させるケースの２つのケースについて併記した図である。
【図１２】傾斜部の上流端部についての一実施形態について説明するための図である。
【図１３】さらに他の実施形態に係る分割体についての、図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図に相当する断面の一部について示す図である。
【図１４】幾つかの実施形態に係る分割体を金属積層造形法で作成する場合の作成手順の一例を示すフローチャートである。
【図１５】傾斜部の変形例について示す図である。
【図１６】第１仕切壁の変形例について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３９】
以下の説明では、ガスタービンに用いられる高温部品を例に挙げて、幾つかの実施形態に係る高温部品について説明する。
図１は、ガスタービンの全体構成を表す概略図であり、図２は、タービンのガス流路を表す断面図である。
【００４０】
本実施形態において、図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３がロータ１４により同軸上に配置されて構成され、ロータ１４の一端部に発電機１５が連結されている。なお、以下の説明では、ロータ１４の軸線が延びる方向を軸方向Ｄａ、このロータ１４の軸線を中心とした周方向を周方向Ｄｃとし、ロータ１４の軸線Ａｘに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。また、周方向Ｄｃのうち、ロータ１４の回転方向を回転方向Ｒとして表す。
【００４１】
圧縮機１１は、空気取入口から取り込まれた空気ＡＩが複数の静翼及び動翼を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気ＡＣを生成する。燃焼器１２は、この圧縮空気ＡＣに対して所定の燃料ＦＬを供給し、燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスＦＧが生成される。タービン１３は、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスＦＧが複数の静翼及び動翼を通過することでロータ１４を駆動回転し、このロータ１４に連結された発電機１５を駆動する。
【００４２】
また、図２に示すように、タービン１３にて、タービン静翼（静翼）２１は、翼型部２３のハブ側が内側シュラウド２５に固定され、先端側が外側シュラウド２７に固定されて構成されている。タービン動翼（動翼）４１は、翼型部４３の基端部がプラットフォーム４５に固定されて構成されている。そして、外側シュラウド２７と動翼４１の先端部側に配置される分割環５０とが遮熱環３５を介して車室（タービン車室）３０に支持され、内側シュラウド２５がサポートリング３１に支持されている。そのため、燃焼ガスＦＧが通過する燃焼ガス流路３２は、内側シュラウド２５と、外側シュラウド２７と、プラットフォーム４５と、分割環５０により囲まれた空間として軸方向Ｄａに沿って形成される。
【００４３】
なお、内側シュラウド２５、外側シュラウド２７及び分割環５０は、ガスパス面形成部材として機能する。ガスパス面形成部材とは、燃焼ガス流路３２を区画すると共に燃焼ガスＦＧが接触するガスパス面を有するものである。
【００４４】
燃焼器１２、動翼４１（例えばプラットフォーム４５）、静翼２１（例えば内側シュラウド２５や外側シュラウド２７）及び分割環５０等は、燃焼ガスＦＧが接触する高温環境下で使用される高温部品であり、冷却媒体による冷却を必要とする。以下の説明では、高温部品の冷却構造の例として、分割環５０の冷却構造について説明する。
【００４５】
図３は、幾つかの実施形態に係る分割環５０を構成する分割体５１の一つを径方向Ｄｒ外側から見た模式的な平面図、及び、周方向Ｄｃに沿ってロータ１４の回転方向Ｒ下流側から回転方向Ｒ上流側に向かって見た模式的な側面図である。図４は、図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図である。図５は、図３におけるＡ５−Ａ５矢視断面図である。なお、図３〜図５では、分割体５１の構造を簡略化して描いている。したがって、例えば図３及び図５では、分割体５１を遮熱環３５に取り付けるためのフック等の記載を省略している。
【００４６】
幾つかの実施形態に係る分割環５０は、周方向Ｄｃに環状に形成された複数の分割体５１から構成される。各分割体５１は、内部に冷却流路が形成された本体５２を主要な構成品とする。図２に示すように、分割体５１は、径方向Ｄｒの内表面５２ａが燃焼ガスＦＧが流れる燃焼ガス流路３２に面するように配置される。分割体５１の径方向Ｄｒ内側には、一定の隙間を設けて、ロータ１４を中心に回転する動翼４１が配置されている。高温の燃焼ガスＦＧによる熱損傷を防止するため、分割体５１には、軸方向Ｄａに延在する複数の軸方向通路（冷却通路）６０が形成されている。
冷却通路６０は、周方向Ｄｃに並列させて複数配設されている。
【００４７】
図示はしないが、一実施形態に係るガスタービン１０では、幾つかの実施形態に係る各分割体５１には、外表面５２ｂ側から冷却空気ＣＡが供給されるように構成されている。分割体５１に供給された冷却空気ＣＡは、冷却通路６０を流通し、燃焼ガスＦＧ中に排出する過程で、分割体５１の本体５２を対流冷却している。
【００４８】
以下、幾つかの実施形態に係る冷却通路６０について説明する。
幾つかの実施形態に係る冷却通路６０のそれぞれは、上流端が冷却空気マニホールド５５に接続されている。幾つかの実施形態に係る冷却通路６０のそれぞれの内部には、冷却通路６０を途中から複数の第１分岐流路６３に仕切る第１仕切壁７０が形成されている。幾つかの実施形態では、第１仕切壁７０は、冷却通路を途中から一対の第１分岐流路６３に仕切る。図５、及び、後述する図６〜図１２において、第１仕切壁７０の断面に相当する部分は、クロスハッチングによって示す。
なお、第１仕切壁７０は、冷却通路６０を複数の第１分岐流路６３に完全に分割してもよく、不完全に分割してもよい。すなわち、第１仕切壁７０は、径方向Ｄｒに沿って後述する第１通路内壁面６０１と第２通路内壁面６０２との間に連続的に形成されていてもよく、第１通路内壁面６０１と第２通路内壁面６０２との間で径方向Ｄｒに離間した隙間を有していてもよい。
【００４９】
複数の第１分岐流路６３のそれぞれは、下流端がヘッダ部８０に接続されている。幾つかの実施形態では、例えば、それぞれ隣り合う３つの冷却通路６０における６つの第１分岐流路６３の下流端が１つのヘッダ部８０の上流側の内壁８１に接続されている。幾つかの実施形態では、分割体５１には、複数のヘッダ部８０が形成されている。
各ヘッダ部８０の下流側の内壁８２には、ヘッダ部に流入した冷却空気ＣＡをヘッダ部８０の外部、すなわち分割体５１の外部に排出するための１つの出口通路１１０が形成されている。出口通路１１０は、分割体５１における軸方向Ｄａの下流側端部５３で燃焼ガスＦＧ中に開口する。
【００５０】
幾つかの実施形態では、分割体５１は、１つのヘッダ部８０と、該ヘッダ部８０に下流端が接続された３つの冷却通路６０と、該ヘッダ部８０に接続された１つの出口通路１１０とを含む冷却通路グループ６を複数含む。
【００５１】
分割体５１の外部から分割体５１に供給される冷却空気ＣＡは、冷却空気マニホールド５５に供給された後、冷却空気マニホールド５５から各冷却通路６０に分配される。各冷却通路６０に分配された冷却空気ＣＡは、第１仕切壁７０で仕切られて、各第１分岐流路６３に流れ込む。各第１分岐流路６３に流れ込んだ冷却空気ＣＡは、各ヘッダ部８０で集められて、出口通路１１０から分割体５１の外部に排出される。
【００５２】
冷却空気マニホールド５５から各冷却通路６０に導入された冷却空気ＣＡは、軸方向Ｄａの下流側に向かって流れる過程で、本体５２からの入熱でヒートアップされる。従って、冷却空気ＣＡが軸方向Ｄａの下流側に進むほどに、各冷却通路６０を流れる冷却空気ＣＡが過熱され、冷却空気ＣＡの冷却能力が低下する。そのため、分割体５１の軸方向Ｄａの下流側の領域は他の領域よりも高温化され易い。そのため、例えば冷却空気ＣＡの流通量を増やす等によって、冷却通路６０の下流側で冷却能力が不足しないようにすると、冷却通路６０の上流側では、冷却能力が過剰となってしまう。
ガスタービンやロケットエンジン等のように高温の作動ガスによって作動する機械では、一般的に、過剰な冷却は機械の熱効率の低下を招いてしまう。そのため、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることが望まれている。
【００５３】
そこで、幾つかの実施形態では、分割体５１における冷却構造を以下で述べるような構成とすることで、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにしている。
図６は、一実施形態に係る分割体５１の冷却通路６０の一部についての模式的な断面図である。図６では、図５における第１仕切壁７０の上流側の端部の近傍を拡大した断面図と、該断面図におけるＡ６−Ａ６矢視図、Ｂ６−Ｂ６矢視図、Ｃ６−Ｃ６矢視図、Ｄ６−Ｄ６矢視図、及びＥ６−Ｅ６矢視図を併記している。
図７は、他の実施形態に係る分割体５１の冷却通路６０の一部についての模式的な断面図である。図７では、図５における第１仕切壁７０の上流側の端部の近傍を拡大した断面図に相当する断面図と、該断面図におけるＢ７−Ｂ７矢視図、Ｃ７−Ｃ７矢視図、Ｄ７−Ｄ７矢視図、及びＥ７−Ｅ７矢視図を併記している。
図８は、さらに他の実施形態に係る分割体５１の冷却通路６０の一部についての模式的な断面図である。図８では、図５における第１仕切壁７０の上流側の端部の近傍を拡大した断面図に相当する断面図と、該断面図におけるＢ８−Ｂ８矢視図、Ｃ８−Ｃ８矢視図、Ｄ８−Ｄ８矢視図、及びＥ８−Ｅ８矢視図を併記している。
図９は、さらに他の実施形態に係る分割体５１の冷却通路６０の一部についての模式的な断面図である。図９では、図５における第１仕切壁７０の上流側の端部の近傍を拡大した断面図に相当する断面図と、該断面図におけるＢ９−Ｂ９矢視図、Ｃ９−Ｃ９矢視図、Ｄ９−Ｄ９矢視図、及びＥ９−Ｅ９矢視図を併記している。
【００５４】
（第１仕切壁７０を設けることについて）
幾つかの実施形態では、図３〜図９に示すように、分割体５１は、冷却通路６０を途中から複数の第１分岐流路６３に仕切る第１仕切壁７０を備えている。
第１仕切壁７０を冷却通路６０内に設けることで、図６〜図９に示すように、冷却通路６０の延在方向から見たときの冷却通路６０の流路断面積を小さくすることができる。これにより、冷却通路６０を流れる冷却媒体（冷却空気ＣＡ）の流速が、第１仕切壁７０が設けられていない区間である第１分岐流路６３より上流側の区間６１よりも、第１仕切壁７０が設けられている区間である第１分岐流路６３の方が速くなる。したがって、第１分岐流路６３における冷却空気ＣＡへの熱伝達率を第１分岐流路６３より上流側の区間６１よりも大きくできる。
【００５５】
また、第１仕切壁７０を冷却通路６０内に設けることで、第１分岐流路６３より上流側の区間６１における単位長さ当たりの冷却通路６０の内壁面６０ａ（内壁面６１ａ）の面積よりも、複数の第１分岐流路６３における単位区間当たりの複数の第１分岐流路６３の内壁面６３ａの面積の合計面積の方を大きくできる。
これらにより、第１分岐流路６３よりも上流側の区間６１において過剰な冷却を抑制しつつ、第１分岐流路６３において下流側に向かうにつれて冷却空気ＣＡの温度が上昇しても冷却能力が不足しないようにすることができる。
【００５６】
なお、冷却通路６０の流路断面積が上流側から下流側に向かって急減すると、流路断面積の急減する前（上流側）の区間（区間６１）から急減した後（下流側）の区間にかけて、冷却空気ＣＡへの熱伝達率が急増し、高温部品である分割体５１の温度が急激に低下する領域が発生するおそれがある。また、単位長さ当たりの冷却通路６０の内壁面６０ａの面積が上流側から下流側に向かって急増すると、内壁面６０ａの面積の急増する前（上流側）の区間（区間６１）から急増した後（下流側）の区間にかけて、冷却空気ＣＡへの伝熱量が急増し、分割体５１の温度が急激に低下する領域が発生するおそれがある。
分割体５１のような高温部品において場所によって温度が急変する領域が発生すると、熱応力が大きくなって高温部品の耐久性に悪い影響を与えるおそれがある。また、過剰な冷却による熱効率の低下にもつながり得る。
【００５７】
そこで、幾つかの実施形態では、図５〜図９に示すように、第１仕切壁７０が傾斜部７１を含むように、第１仕切壁７０を形成した。幾つかの実施形態では、図５〜図９に示すように、傾斜部７１は、第１仕切壁７０の上流側領域７０ａにおいて、冷却通路６０の延在方向から見たときの冷却通路６０の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減するように形成されている。
これにより、冷却通路６０において傾斜部７１が形成された区間６４では、冷却通路６０の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減する。これは、傾斜部７１の高さ、すなわち傾斜部７１の径方向Ｄｒの寸法が上流側から下流側に向かうにつれて漸増することにより、径方向Ｄｒに沿った冷却通路６０の断面における傾斜部７１の断面の比率が上流側から下流側に向かうにつれて漸増することによるものである。言い換えると、冷却通路６０の径方向Ｄｒの寸法に対する傾斜部７１の径方向Ｄｒの寸法の比率が上流側から下流側に向かうにつれて漸増することにより、径方向Ｄｒに沿った冷却通路６０の断面における傾斜部７１の断面の比率が上流側から下流側に向かうにつれて漸増することによるものである。
これにより、冷却通路６０の流路断面積が上流側から下流側に向かって急減すること、及び、単位長さ当たりの冷却通路６０の内壁面６０ａの面積が上流側から下流側に向かって急増することを抑制して、上述したような冷却空気ＣＡへの熱伝達率や伝熱量の急増を抑制できる。したがって、分割体５１の温度が急激に低下する領域が発生することを抑制でき、分割体５１の耐久性を損なわない。また、過剰な冷却による熱効率の低下を抑制できる。
【００５８】
なお、幾つかの実施形態では、冷却通路６０の幅方向の寸法Ｗｐは、第１仕切壁７０で仕切られていない区間（区間６１）と、第１仕切壁７０で仕切られている区間（区間６５）とで同じであるものとする。但し、第１仕切壁７０を設けることによる作用効果を損なわない範囲内であれば、冷却通路６０の幅方向の寸法Ｗｐは、第１仕切壁７０で仕切られていない区間（区間６１）と、第１仕切壁７０で仕切られている区間（区間６５）とで異なっていてもよい。
幾つかの実施形態では、冷却通路６０における周方向Ｄｃを冷却通路６０の幅方向と呼ぶ。また、幾つかの実施形態では、冷却通路６０において該幅方向に直交する径方向Ｄｒを冷却通路６０の高さ方向と呼ぶ。
【００５９】
（冷却通路６０の高さ方向の寸法Ｈｐについて）
例えば、図５に示すように、冷却通路６０は、冷却通路６０の高さ方向の寸法Ｈｐが下流側に向かって漸減する流路高さ縮小部６６、６７を含む。なお、流路高さ縮小部６７では、冷却通路６０の高さ方向の寸法Ｈｐと第１仕切壁７０の高さ方向の寸法とが等しい。
これにより、流路高さ縮小部６６，６７において冷却通路６０の流路断面積を漸減できるので、流路高さ縮小部６６，６７において冷却空気ＣＡの流速、すなわち熱伝達率を漸増できる。したがって、流路高さ縮小部６６，６７において下流側に向かうにつれて冷却空気ＣＡの温度が上昇しても冷却能力が不足しないようにすることができる。
流路高さ縮小部６６は、第１分岐流路６３より上流側の区間６１において冷却通路６０の流路断面積を漸減させる。流路高さ縮小部６７は、第１仕切壁７０で仕切られている区間６５のうち少なくとも傾斜部７１よりも下流側の区間において冷却通路６０（第１分岐流路６３）の流路断面積を漸減させる。
なお、流路高さ縮小部６６を第１流路高さ縮小部６６とも呼び、流路高さ縮小部６７を第２流路高さ縮小部６７とも呼ぶ。
図５に示す実施形態では、第１流路高さ縮小部６６と第２流路高さ縮小部６７との間には、冷却通路６０の高さ方向の寸法Ｈｐが一定である区間が存在しており、該区間を第１流路高さ不変部６９Ａとも呼ぶ。図５に示す実施形態では、第１流路高さ不変部６９Ａに傾斜部７１が設けられている。
【００６０】
例えば、図７に示す実施形態では、第１分岐流路６３は、幅方向において第１仕切壁７０の傾斜部７１に隣接する第１分岐流路の上流端領域６８（すなわち区間６４）において、冷却通路６０の高さ方向の寸法Ｈｐが下流側に向かって漸増する高さ漸増領域６８ａが形成されている。
これにより、第１分岐流路６３の上流端領域６８において流路断面積を漸増できる。したがって、第１仕切壁７０を設けることによる、流路断面積の減少を抑制でき、上述したような冷却空気ＣＡへの熱伝達率の急増を抑制できる。
なお、高さ漸増領域６８ａにおいて、第１仕切壁７０よって仕切られた一対の第１分岐流路６３のそれぞれの流路断面積の合計面積は、下流側に向かって漸減するようにしてもよく、下流側に向かって漸増するようにしてもよく、又は、下流側に向かって増加も減少もしない、すなわち不変であってもよい。
【００６１】
図７に示す実施形態では、漸増する高さ漸増領域６８ａと第２流路高さ縮小部６７との間には、冷却通路６０の高さ方向の寸法Ｈｐが一定である区間が存在しており、該区間を第２流路高さ不変部６９Ｂとも呼ぶ。図７に示す実施形態では、第２流路高さ不変部６９Ｂにおける少なくとも上流側の一部の区間に傾斜部７１が設けられている。
【００６２】
例えば、図８に示す実施形態では、冷却通路６０の延在方向において、流路高さ縮小部６７と傾斜部７１とがオーバラップしている。すなわち、流路高さ縮小部６７と傾斜部７１とは、例えば図５に示す実施形態のように、冷却通路６０の延在方向においてオーバラップしていなくてもよいが、図８に示す実施形態のようにオーバラップしていてもよい。
なお、冷却通路６０の延在方向において、流路高さ縮小部６７と傾斜部７１とが少なくとも部分的にオーバラップしていてもよい。
これにより、流路高さ縮小部６７と傾斜部７１とがオーバラップしている区間では、例えば図５に示すように流路高さ縮小部６７と傾斜部７１とがオーバラップしていない区間と比べて、冷却通路６０における単位長さ当たりの流路断面積の減少率を大きくできる。したがって、より冷却が必要となる領域に流路高さ縮小部６７と傾斜部７１とがオーバラップしている区間を設けることで、必要な冷却能力を確保できる。
【００６３】
例えば、図７に示す実施形態では、流路高さ縮小部６７を形成する第１分岐流路６３の内壁面６３ａは、冷却通路６０の延在方向に対して傾斜するテーパ壁面６３ｂを有する。図７に示す実施形態では、冷却通路６０の延在方向に対する傾斜部７１の傾斜角度θｔは、該延在方向に対するテーパ壁面６３ｂの傾斜角度θｗよりも大きい。
【００６４】
例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって分割体５１を製作する場合、冷却通路６０の延在方向に対する傾斜部７１の傾斜角度θｔが小さくなると、傾斜部７１において冷却通路６０の延在方向と交差する方向を指向する先端部７１ａと冷却通路の内壁面６０ａとの隙間が小さくなる領域において隙間の確保が困難となるので、傾斜部７１を精度よく形成することが困難となる。
これに対し、流路高さ縮小部６７では、冷却空気ＣＡを流さなければならないので、流路高さ縮小部６７における最も下流側の領域であってもテーパ壁面６３ｂは、該テーパ壁面６３ｂと対向する内壁面６３ａからある程度以上離間している。そのため、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって分割体５１を製作する場合であっても、冷却通路６０の延在方向に対するテーパ壁面６３ｂの傾斜角度が仮に０度でも流路を形成可能である。
したがって、図７に示す実施形態によれば、冷却通路６０の延在方向に対する傾斜部７１の傾斜角度θｔが冷却通路６０の延在方向に対するテーパ壁面６３ｂの傾斜角度θｗよりも大きいので、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって高温部品を製作する場合に、傾斜部７１を精度よく形成し易くなる。
【００６５】
図５〜図９に示す実施形態では、冷却通路６０の延在方向に対する傾斜部７１の傾斜角度θｔ（図７参照）は、４５度以下である。
傾斜部７１の傾斜角度θｔを４５度以下とすることで、冷却通路６０の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて急減することを抑制できるので、冷却空気ＣＡへの熱伝達率の急増を抑制できる。したがって、分割体５１の温度が急激に低下する領域が発生することを抑制でき、分割体５１の耐久性を損なわない。
また、後述するように、分割体５１が金属積層造形法によって形成されるのであれば、冷却通路６０の上流側から下流側に向かって積層させて形成する場合、傾斜部７１におけるオーバハング角度を４５度以下に抑制できるので、傾斜部７１を精度よく形成できる。
【００６６】
図１０は、傾斜部７１の先端部７１ａの向きが異なる２つのケースについて併記した図である。図１０における上側の図は、図５〜図９に示すように、傾斜部７１Ａが径方向Ｄｒ外側の内壁面６０ａから径方向Ｄｒ内側に向かって立設するケースを示す図である。図１０における下側の図は、傾斜部７１Ｂが径方向Ｄｒ内側の内壁面６０ａから径方向Ｄｒ外側に向かって立設するケースを示す図である。
【００６７】
分割体５１における径方向Ｄｒの内表面５２ａは、燃焼ガスＦＧによる被加熱面である。したがって、以下の説明では、分割体５１における径方向Ｄｒの内表面５２ａを被加熱面５２ａとも呼ぶ。
【００６８】
図１０における上側の図のように、傾斜部７１Ａが径方向Ｄｒ外側の内壁面６０ａから径方向Ｄｒ内側に向かって立設するケースの場合、傾斜部７１Ａは、冷却通路６０を形成するように高さ方向において対向する一対の通路内壁面（内壁面６０ａ）のうち、被加熱面５２ａから遠い方の第２通路内壁面６０２から第１通路内壁面６０１に向かって立設されている。
この場合には、冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流れに沿った区間のうち、傾斜部７１Ａが設けられている区間６４では、第２通路内壁面６０２は傾斜部７１Ａと接続され、第１通路内壁面６０１は傾斜部７１Ａとの間に隙間が存在する。そのため、第２通路内壁面６０２と比べて第１通路内壁面６０１の冷却能力を抑制できる。また、第２通路内壁面６０２は、高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち被加熱面５２ａから遠い方の通路内壁面である。すなわち、第１通路内壁面６０１は、高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち被加熱面５２ａに近い方の通路内壁面である。したがって、図１０における上側の図に示す例では、被加熱面５２ａからの熱が冷却空気ＣＡに伝達されることを抑制でき、第１通路内壁面６０１が過剰に冷却されてしまうことを抑制できる。
【００６９】
図１０における下側の図のように、傾斜部７１Ｂが径方向Ｄｒ内側の内壁面６０ａから径方向Ｄｒ外側に向かって立設するケースの場合、傾斜部７１Ｂは、冷却通路６０を形成するように高さ方向において対向する一対の通路内壁面（内壁面６０ａ）のうち、被加熱面５２ａに近い方の第１通路内壁面６０１から第２通路内壁面６０２に向かって立設されている。
この場合には、冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流れに沿った区間のうち、傾斜部７１Ｂが設けられている区間６４では、第１通路内壁面６０１は傾斜部７１Ｂと接続され、第２通路内壁面６０２は傾斜部７１Ｂとの間に隙間が存在する。そのため、第２通路内壁面６０２と比べて第１通路内壁面６０１の冷却能力を高められる。また、第１通路内壁面６０１は、高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち被加熱面５２ａに近い方の通路内壁面である。したがって、図１０における下側の図に示す例では、被加熱面５２ａからの熱を効率的に冷却媒体に伝達でき、第１通路内壁面６０１の過熱を抑制できる。
【００７０】
（第１通路内壁面６０１が被加熱面５２ａに対して傾斜している場合について）
図５〜図８に示す実施形態では、冷却通路６０の上流側から下流側にかけて、第１通路内壁面６０１と被加熱面５２ａとの距離ｄは同じである。これに対し、図９に示す実施形態では、冷却通路６０を形成するように高さ方向において対向する一対の通路内壁面のうち、被加熱面５２ａに近い方の第１通路内壁面６０１は、冷却通路の上流側から下流側に向かうにつれて被加熱面５２ａとの距離ｄが小さくなるように被加熱面５２ａに対して傾斜している。
したがって、冷却通路６０の上流側から下流側に向かうにつれて被加熱面５２ａと第１通路内壁面６０１との距離ｄが小さくなるので、冷却通路６０における上流側の区間において過剰な冷却を抑制しつつ、冷却通路６０において下流側に向かうにつれて冷却空気ＣＡの温度が上昇しても冷却能力が不足しないようにすることができる。
【００７１】
図１１は、傾斜部７１において、下流側に向かうにつれて高さ方向の寸法を漸増させるケースと、幅方向の寸法を漸増させるケースの２つのケースについて併記した図である。図１１における左側の図は、図５〜図９に示すように、傾斜部７１Ａにおいて、下流側に向かうにつれて高さ方向の寸法を漸増させるケースを示す図である。図１１における右側の図は、傾斜部７１Ｃにおいて、下流側に向かうにつれて幅方向の寸法を漸増させるケースを示す図である。
【００７２】
図１１における左側の図のように、傾斜部７１Ａにおいて、下流側に向かうにつれて高さ方向の寸法を漸増させるケースの場合、傾斜部７１Ａは、冷却通路６０の高さ方向における寸法Ｈｔが下流側に向かって漸増するように形成されている。
この場合には、冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流れに沿った区間のうち、傾斜部７１Ａが設けられている区間では、高さ方向において対向する一対の内壁面６０ａ（一対の通路内壁面）のうち、一方の通路内壁面（例えば第２通路内壁面６０２）は傾斜部７１Ａと接続され、他方の通路内壁面（例えば第１通路内壁面６０１）は傾斜部７１Ａとの間に隙間が存在する。そのため、傾斜部７１Ａが設けられている区間６４では、一方の通路内壁面（例えば第２通路内壁面６０２）と他方の通路内壁面（例えば第１通路内壁面６０１）とで、冷却空気ＣＡによる冷却のされ易さ、すなわち冷却能力に差が生じる。したがって、図１１における左側の図に示す例では、上述した冷却能力の差を考慮して分割体５１における傾斜部７１の配置を決定することで、分割体５１に要求される冷却能力に対する過不足を抑制できる。
【００７３】
図１１における右側の図のように、傾斜部７１Ｃにおいて、幅方向の寸法を漸増させるケースの場合、傾斜部７１Ｃは、幅方向における寸法Ｗｔが下流側に向かって漸増するように形成されている。
この場合には、冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流れに沿った区間のうち、傾斜部７１Ｃが設けられている区間６４では、高さ方向において対向する一対の内壁面６０ａ（一対の通路内壁面）の双方とも傾斜部７１Ｃと接続されるようにすることができる。そのため、傾斜部７１Ｃが設けられている区間６４では、一方の通路内壁面（例えば第２通路内壁面６０２）と他方の通路内壁面（例えば第１通路内壁面６０１）とで、冷却空気ＣＡによる冷却のされ易さ、すなわち冷却能力に差が生じることを抑制できる。したがって、図１１における右側の図に示す例では、例えば、動翼４１や静翼２１における翼型部の腹側の壁面と背側の壁面とのように、一方の通路内壁面と他方の通路内壁面とで冷却能力に差が生じることが好ましくない場合に適する。
【００７４】
図１２は、傾斜部７１における第１仕切壁７０の側面７２に繋がる傾斜部７１の上流端部７３（先端部７１ａ）についての一実施形態について説明するための図である。
図１２に示した実施形態では、傾斜部７１の上流端部７３は、角部が面取りされている。これにより、傾斜部７１が形成された領域における冷却通路６０の圧力損失を抑制できる。
【００７５】
図１３は、さらに他の実施形態に係る分割体５１についての、図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図に相当する断面の一部について示す図である。図１３に示す実施形態に係る分割体５１は、第１仕切壁７０の下流側において第１分岐流路６３内に設けられ、第１分岐流路６３を途中から複数の第２分岐流路９２に仕切る第２仕切壁７７をさらに備える。
これにより、第１分岐流路６３を途中から複数の第２分岐流路９２に仕切ることで分岐の段数を増やすことができ、冷却能力の調整幅を大きくできる。
なお、図１３に示す実施形態では、１つの第１分岐流路６３を第２仕切壁７７によって途中から２つの第２分岐流路９２に仕切っているが、３つ以上の第２分岐流路９２に仕切ってもよい。また、図１３に示す実施形態では、１つの冷却通路６０を２つの第１仕切壁７０によって３つの第１分岐流路６３に仕切っている。しかし、図４等に示すように、１つの冷却通路６０を１つの第１仕切壁７０によって２つの第１分岐流路６３に仕切り、これら２つの第１分岐流路６３のそれぞれを、第２仕切壁７７によって途中から２つの第２分岐流路９２に仕切ってもよいし、３つ以上の第２分岐流路９２に仕切ってもよい。
【００７６】
（分割体５１の製造方法について）
幾つかの実施形態に係る分割体５１は、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって製作できる。図１４は、幾つかの実施形態に係る分割体５１を金属積層造形法で作成する場合の作成手順の一例を示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法は、積層造形工程Ｓ１０を含む。積層造形工程Ｓ１０は、金属積層造形法によって、冷却空気ＣＡが流通可能な複数の冷却通路６０を分割体５１の内部に形成するとともに、各々の冷却通路６０内に設けられて冷却通路６０を途中から複数の第１分岐流路６３に仕切る第１仕切壁７０を形成するステップを備える。
積層造形工程Ｓ１０では、第１仕切壁７０の上流側領域７０ａにおいて、前記冷却通路の延在方向から見たときの前記冷却通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにつれて漸減するように形成された傾斜部７１を含むように第１仕切壁７０を形成する。
【００７７】
積層造形工程Ｓ１０では、例えば、軸方向Ｄａ上流側から軸方向Ｄａ下流側に向かって原料粉末を積層させて分割体５１を形成する。積層造形工程Ｓ１０における分割体５１の形成方法は、例えば、パウダーベッド方式であってもよく、メタルデポジッション方式であってもよく、バインダージェット方式であってもよく、上述した方式以外の他の方式であってもよい。
幾つかの実施形態に係る分割体５１を金属積層造形法で形成することで、内部に複雑な冷却構造を有する分割体５１を比較的容易に形成できる。
また、幾つかの実施形態に係る分割体５１を金属積層造形法で形成することで、第１分岐流路６３よりも上流側の区間６１において過剰な冷却を抑制しつつ、第１分岐流路６３において下流側に向かうにつれて冷却空気ＣＡの温度が上昇しても冷却能力が不足しないように構成された分割体５１を提供できる。
【００７８】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、傾斜部７１の傾斜角度θｔは、傾斜部７１の上流端から下流端まで一定の角度であってもよく、例えば図１５に示すように、傾斜部７１の上流端から下流端に至る途中で変化していてもよい。なお、図１５は、図５における第１仕切壁７０の上流側の端部の近傍を拡大した断面図に相当する断面図であり、傾斜部７１の変形例について示す図である。なお、図１５に示した変形例では、傾斜部７１のうち上流側傾斜部７４Ａの傾斜角度θｔａは、傾斜部７１のうち下流側傾斜部７４Ｂの傾斜角度θｔｂよりも小さいが、下流側傾斜部７４Ｂの傾斜角度θｔｂよりも大きくてもよい。また、傾斜部７１の傾斜角度θｔは、傾斜部７１の上流端から下流端に至る途中で２回以上変化してもよい。なお、傾斜部７１の傾斜角度θｔは、傾斜部７１の上流端から下流端に至る過程で連続的に変化していてもよい。すなわち、傾斜部７１は、周方向Ｄｃから見たときに先端部７１ａが円弧を描くように形成されていてもよい。
【００７９】
例えば、上述した幾つかの実施形態では、第１仕切壁７０は、冷却通路６０の途中から冷却通路６０を複数の第１分岐流路６３に仕切っている。しかし、図１６に示すように、第１仕切壁７０は、冷却通路６０の上流端から冷却通路６０を複数の第１分岐流路６３に仕切っていてもよい。すなわち、傾斜部７１の上流端の位置が冷却通路６０の上流端の位置と同じであってもよい。図１６は、図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図に相当する断面図であり、第１仕切壁７０の変形例について示す図である。なお、図１６では１本の冷却通路６０のみ第１仕切壁７０の上流端の位置を変えているが、これに限らず複数の第１仕切壁７０の上流端の位置を変化させても良い。
【００８０】
例えば、上述した幾つかの実施形態では、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の例として分割環５０を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、燃焼器１２、動翼４１、静翼２１、内側シュラウド２５、外側シュラウド２７等、他の高温部品についても適用できる。また、本発明が適用できる高温部品は、ガスタービン１０における構成部品に限定されず、ボイラやロケットエンジン等、高温の媒体を扱う様々な機械における構成部品であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
６  冷却通路グループ
１０  ガスタービン
１２  燃焼器
１３  タービン
２１  タービン静翼（静翼）
４１  タービン動翼（動翼）
５０  分割環
５１  分割体
５２  本体
５２ｂ  外表面（被加熱面）
６０  軸方向通路（冷却通路）
６３  第１分岐流路
６３ｂ  テーパ壁面
６８  上流端領域
６８ａ  高さ漸増領域
７０  第１仕切壁
７１、７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ  傾斜部
７３  上流端部
７７  第２仕切壁
８０  ヘッダ部
９２  第２分岐流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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