(57)【要約】【課題】冷却フィンおよび冷却フィンの製作に関する方法を提供する。【解決手段】波形の材料の帯を備えるフィン装置（１０２）は、第１の下方平面（２０２）と、第２の下方平面（２０２）と、第１の下方平面（２０２）および第２の下方平面（２０２）に対応し、第１の下方平面（２０２）および第２の下方平面（２０２）が、構成要素（１０６）の表面（１０４）に取り付けられるように操作可能である、第１の上方平面（２０４）と、第１の下方平面（２０２）を第１の上方平面（２０４）に連結する、第１のフィン部分（２０８）とを有する。【選択図】図２
2010203761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形の材料の帯を備えるフィン装置（１０２）であって、
第１の下方平面（２０２）と、
第２の下方平面（２０２）と、
前記第１の下方平面（２０２）および前記第２の下方平面（２０２）に対応し、前記第１の下方平面（２０２）および前記第２の下方平面（２０２）が、構成要素（１０６）の表面（１０４）に取り付けられるように操作可能である、第１の上方平面（２０４）と、
前記第１の下方平面（２０２）を前記第１の上方平面（２０４）に連結させる、第１のフィン部分（２０８）とを有する、フィン装置。
【請求項２】
前記第１の下方平面（２０２）が、前記材料の第１の長手縁部（４０１）、前記材料の第２の長手縁部（４０３）、および前記材料の第１の屈曲部（４０５）によって部分的に画成される、請求項１に記載のフィン装置。
【請求項３】
前記第１の上方平面（２０４）が、前記材料の第１の長手縁部（４０１）、前記材料の第２の長手縁部（４０３）、前記材料の第２の屈曲部（４０５）、および前記材料の第３の屈曲部（４０５）によって部分的に画成される、請求項１に記載のフィン装置。
【請求項４】
前記第１の下方平面（２０２）が、前記構成要素（１０６）の前記表面（１０４）に溶接を用いて取り付けられる、請求項１に記載のフィン装置。
【請求項５】
前記第２の下方平面（２０２）が、前記構成要素（１０６）の前記表面（１０４）にろう付けを用いて取り付けられる、請求項１に記載のフィン装置。
【請求項６】
前記波形の材料の帯（１０２）が可撓性を有する、請求項１に記載のフィン装置。
【請求項７】
前記第１の屈曲部（４０５）が、前記材料の前記第１の長手縁部（４０１）および前記材料の前記第２の長手縁部（４０３）に対して斜角である、請求項２に記載のフィン装置。
【請求項８】
前記第２の屈曲部（４０５）が、前記材料の前記第１の長手縁部（４０１）および前記材料の前記第２の長手縁部（４０３）に対して斜角である、請求項３に記載のフィン装置。
【請求項９】
前記第１の上方平面（２０４）が、第１の寸法（Ｄ）および第２の寸法（Ｌ）を定義し、Ｌ／Ｄ＜２である、請求項１に記載のフィン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、冷却フィンおよび冷却フィンの製作に関する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばタービン機関など機械設備は、様々な空冷式構成要素を備える。空気の冷却効果を高めるための１つの方法は、冷却空気流を方向付けるため、および対流用のさらなる表面積を提供するために、冷却フィンを使用することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第６，６８８，３８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くの空冷式構成要素は、不規則な形状であり、不規則な形状の構成要素上に冷却用のフィンを形成し取り付けることは、困難であり、または費用がかかることがある。空冷式構成要素用の冷却フィンを、効果的および効率的に形成し取り付けるための、方法および装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、波形の材料の帯を備えるフィン装置は、第１の下方平面と、第２の下方平面と、第１の下方平面および第２の下方平面に対応し、第１の下方平面および第２の下方平面が、構成要素の表面に取り付けられるように操作可能である、第１の上方平面と、第１の下方平面を第１の上方平面に連結する、第１のフィン部分とを有する。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、フィンアセンブリを製作するための方法は、構成要素の冷却するべき表面を識別するステップと、第１の下方平面と、第２の下方平面と、第１の下方平面および第２の下方平面に対応する第１の上方平面と、第１の下方平面を第１の上方平面に連結する、第１のフィン部分とを有する波形の材料の帯を形成するステップと、第１の下方平面を構成要素の表面に取り付けるステップと、第２の下方平面を構成要素の表面に取り付けるステップとを含む。
【０００７】
これらおよびその他の利点および特徴は、図面と関連付けて読まれる以下の説明から、より明らかになるであろう。
【０００８】
本発明とみなされる主題は、本明細書に添付される特許請求の範囲において具体的に指摘され、別個に特許請求される。上記およびその他の特徴、ならびに本発明の利点は、添付の図面と関連付けて読まれる以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】冷却フィンアセンブリの例示的な実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の冷却フィン装置および表面構成要素の例示的な実施形態を示す側断面図である。
【図３】冷却フィン装置の例示的な代替実施形態を示す側断面図である。
【図４】冷却フィン装置の例示的な代替実施形態を示す斜視図である。
【図５】図４の冷却フィン装置を示す頂面図である。
【図６】図４の冷却フィン装置を示す側面図である。
【図７】図４の冷却フィン装置の例示的な構成を示す頂面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明は、本発明の実施形態を利点および特徴とともに、図面を参照しながら例として説明する。
【００１１】
タービン機関内の構成要素は、空冷されることが多い。冷却空気は、高速で流れることが多く、特定の構成要素の高温部分を冷却するのに不十分な、非効率的なフローパターンをもたらすことがある。たとえば望ましくない境界層を崩壊（ｄｉｓｒｕｐｔ）させること、冷却空気乱流を増大させること、および熱伝達を高めるためにさらなる表面積を構成要素に加えることなどによって冷却空気の冷却効果を向上させるために、冷却フィンを加えることができる。冷却フィンを製作するための以前の方法は、フィンを鋳造工程において構成要素の一部として形成することを含んでいた。鋳造フィンは、構成要素の製作コストを増大させ、かつフィンの位置を必要に応じて変えることができない。他の方法は、個別のフィンを構成要素の表面に取り付けることを含む。個別のフィンの取付けは、コストが高く、時間がかかる。複数のフィンを容易に製作し構成要素の表面に取り付けることを可能にする、方法および装置を以下で説明する。
【００１２】
図１は、構成要素１０６の表面１０４に取り付けられた冷却フィン装置１０２の、例示的な実施形態の斜視図を示す。図示の実施形態では、表面１０４は、タービンの空冷式構成要素（たとえば移行部分または燃焼ライナ）の外表面である。動作に際しては、構成要素は、表面１０４に沿った空気流によって冷却される。冷却フィン装置１０２は、たとえば鋼鉄、チタン、アルミニウム、超合金、またはその他のタイプの適当な材料など、波形の可撓性材料の帯である。冷却フィン装置１０２は、たとえば溶接法またはろう付け法を用いて、表面１０４に取り付けられる。冷却フィン装置１０２は、冷却フィン装置１０２が表面１０４の外周を取り囲むように、寸法決めし、表面１０４に取り付けることができ、または、冷却すべきであると識別された、表面１０４の特定の部分に適用することができる。
【００１３】
冷却フィン装置１０２が可撓性であることにより、冷却フィン装置１０２を、表面１０４の湾曲したプロファイルと一致するように屈曲させることができる。冷却フィン装置１０２は、表面１０４の様々な点に沿って表面１０４と接触するように、屈曲させまたはねじることができる。
【００１４】
図２は、冷却フィン装置１０２および表面構成要素１０６の、例示的な実施形態２０１の側断面図を示す。冷却フィン装置１０２は、フィン部分２０８によって連結された、複数の下方平面２０２および上方平面２０４を備える。下方平面２０２は、領域２０６内で表面１０４に取り付けられる。下方平面２０２は、たとえば溶接またはろう付けを用いて取り付けることができる。例示的な実施形態２０３は、例示的な実施形態２０１と同様であり、構成要素１０６の内表面１０８に取り付けられた第２の冷却フィン装置１０２を備える。
【００１５】
図３は、上記で説明したように表面１０４に取り付けられた第１の冷却フィン装置１０２を備える、例示的な代替実施形態３０１を示す。例示的な実施形態３０１は、第１の冷却フィン装置１０２に取り付けられた、第２の冷却フィン装置１０２を備える。第２の冷却フィン装置１０２は、第１の冷却フィン装置１０２の（図２の）上方平面２０４を第２の平面１０２の下方平面２０２と位置合せし、それらの表面を領域３０２内で取り付けることにより、第１の冷却フィン装置１０２に取り付けることができる。例示的な実施形態３０１は、第１の冷却フィン装置１０２および第２の冷却フィン装置によって画成される、空洞３０４をもたらす。
【００１６】
図４は、冷却フィン装置４０２の代替実施形態の斜視図を示す。冷却フィン装置４０２は、上記で説明した冷却フィンと同様であるが、波形冷却フィン装置４０２を形成する屈曲部は、冷却フィン装置４０２の長手縁部に対して斜角である。図４は、水力直径寸法（Ｄ）および長さ寸法（Ｌ）を含む。寸法は、上記で説明したいずれの実施形態において定義することもできる。図示の実施形態は、Ｌ／Ｄ＜２の比率の寸法を含む。この比率は、非円筒形および不均一な表面上で用いられる場合の性能を向上させる。図５は、第１の長手縁部４０１および第２の長手縁部４０３を有する、冷却フィン装置４０２の頂面図を示す。屈曲部４０５は、第１の長手縁部４０１および第２の長手縁部４０３に対して斜角（Φ）で示されている。図６は、冷却フィン装置４０２の側面図を示す。斜角を有する波形冷却フィン装置４０２を形成することにより、フィン部分は、冷却フィン装置４０２の垂直軸からずれた角度に空気流を方向付けることが可能になる。
【００１７】
図７は、構成要素１０６に取り付けられた複数の冷却フィン装置４０２の実施例の頂面図を示す。冷却フィン装置４０２は、フィン部分４０５が、矢印７０１で示される冷却空気流の角度を変化させるように向けられる。冷却空気は、衝突遮蔽部７０３から放出することができる。冷却空気７０１の流れの角度を変化させることにより、冷却空気７０１の冷却効果の効率性が高まる。たとえば、角度付けされたフィンは、高温の冷却空気流を接線構成要素に分与して、加熱された空気を構成要素１０６の表面から径方向外向きに動かす。加熱された空気が外向きに動くことによって、より低温の空気が、構成要素１０６の高温表面に向かって内向きに流される。
【００１８】
上記で説明した冷却フィン装置の実施形態は、可撓性材料の帯を屈曲させて波形冷却フィン装置を形成することによって、形成することができる。屈曲部は、帯の長手縁部に対して垂直または斜角で形成することができる。構成要素の表面が、たとえば実験および動作試験などによって冷却すべきであると識別されると、波形冷却フィン装置を様々な方法を用いて構成要素の表面に取り付けることができる。冷却フィン装置が可撓性を有することにより、装置を不規則で湾曲した表面に接触するように屈曲させることが可能になる。たとえば、選択された波形冷却フィン装置の下方平面を、抵抗溶接または同様の方法により表面に締結することができる。次いで残りの下方平面を、たとえばろう付けテープ、ペースト、またはパウダーなど、ろう付け法を用いて表面に取り付けることができる。その他の取付け方法として、タック溶接、または、それぞれの下方平面を構成要素の表面に溶接することが挙げられる。
【００１９】
上記で説明した装置および方法は、冷却フィンを形成し空冷式構成要素の表面に取り付けるための、効率的でコスト効率の高い方法を提案する。この方法により、多数の角度付けされたフィン表面を、不規則な形状の表面を備えることがある構成要素に取り付けることが可能になる。
【００２０】
本発明を限られた数の実施形態のみに関連付けて詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示された実施形態に限定されないことは、容易に理解されるはずである。むしろ本発明は、上記で説明されないが本発明の精神および範囲に相応する、任意の数の変形、変更、置換え、または同等の構成を組み込むように、修正することができる。さらに、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明された実施形態のいくつかを包含していることがあるに過ぎないことを理解されたい。したがって本発明は、上記説明によって限定されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２１】
１０２  冷却フィン装置
１０４  表面
１０６  構成要素
１０８  内表面
２０１  実施形態
２０２  下方平面
２０３  実施形態
２０４  上方平面
２０６  領域
３０１  実施形態
３０２  領域
４０２  冷却フィン装置
４０１  第１の長手縁部
４０３  第２の長手縁部
４０５  屈曲部
７０１  矢印
７０３  衝突遮蔽部
【図１】
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【図２】
2010203761.tif 000004
【図３】
2010203761.tif 000005
【図４】
2010203761.tif 000006
【図５】
2010203761.tif 000007
【図６】
2010203761.tif 000008
【図７】
2010203761.tif 000009