(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器ライナ（４０）であって、
上流側部分（７０）と、
複数の送給通路（１３２）を備えるシールリング（１３０）と、
前記上流側部分（７０）から略長手方向軸線（７３）に沿って延在し、前記シールリング（１３０）を介して移行部品と接続する下流側末端部分（７２）であって、前記下流側末端部分（７２）が内側表面（７４）と外側表面（７６）とを含んでいて、前記内側表面（７４）が、各々内側表面に沿って軸方向に延在する複数のマイクロチャンネル（８０）を画成しているとともに、前記下流側末端部分（７２）が更に、前記内側表面（７４）と前記外側表面（７６）との間に延在する複数の通路（９０）を画成しており、前記複数のマイクロチャンネル（８０）が前記複数の通路（９０）に流体接続していて前記複数の通路（９０）の各々が前記複数のマイクロチャンネル（８０）の１つと直接連結している、下流側末端部分（７２）と、
前記下流側末端部分（７２）の内側表面（７４）に取り付けられたカバー層（７８）と
を備え、
前記複数の通路（９０）の少なくとも一部が前記シールリング（１３０）により覆われる位置に配置され、
前記送給通路（１３２）を介して前記シールリング（１３０）を貫流する冷却媒体（６４）は、前記複数の通路（９０）の少なくとも一部により受け入れられ、
前記複数のマイクロチャンネル（８０）が、冷却媒体（６４）を貫流させて前記燃焼器ライナ（４０）を冷却するように構成されている、燃焼器ライナ（４０）。
【請求項２】
前記カバー層（７８）が、金属コーティング（１１２）、ボンドコーティング（１１４）、又は遮熱コーティング（１１６）のいずれかである、請求項１記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項３】
前記カバー層（７８）に隣接して配置された遮熱コーティング（１１６）を備える、請求項１または２に記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項４】
前記遮熱コーティング（１１６）と前記カバー層（７８）との間に配置されたボンドコーティング（１１４）を備える、請求項３記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項５】
前記下流側末端部分（７２）が燃焼器ライナ基材（１１０）を含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項６】
前記下流側末端部分（７２）が、燃焼器ライナ基材（１１０）とボンドコーティング（１１４）とを含み、前記複数のマイクロチャンネル（８０）が前記ボンドコーティング（１１４）内に画成される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項７】
前記カバー層（７８）が遮熱コーティング（１１６）を含む、請求項６記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項８】
前記下流側末端部分（７２）が、燃焼器ライナ基材（１１０）、ボンドコーティング（１１４）、及び第１の遮熱コーティング（１１６）を含み、前記複数のマイクロチャンネル（８０）が前記第１の遮熱コーティング（１１６）内に画成される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項９】
前記複数のマイクロチャンネル（８０）が、前記長手方向軸線（７３）に対して直線的に延在する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項１０】
前記複数のマイクロチャンネル（８０）が、前記長手方向軸線（７３）に対して螺旋状に延在する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項１１】
前記下流側末端部分（７２）の外側表面（７６）が、複数のチャンネル（１２０）を画成し、該複数のチャンネル（１２０）の各々が、冷却媒体（６４）を貫流させて前記燃焼器ライナ（４０）を冷却し、前記複数の通路（９０）の少なくとも一部が更に前記チャンネル（１２０）の少なくとも一部に流体接続される、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項１２】
前記冷却媒体（６４）が、前記複数のマイクロチャンネル（８０）から直接排出される、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項１３】
前記カバー層（７８）が複数の排気通路（９２）を画成し、該複数の排気通路（９２）の各々が前記複数のマイクロチャンネル（８０）のうちの１つに流体接続され、前記マイクロチャンネル（８０）から冷却媒体（６４）を受け入れて前記カバー層（７８）に隣接して前記冷却媒体（６４）を排出するように構成される、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項１４】
前記下流側末端部分（７２）の内側表面（７４）が更にプレナム（９４）を画成し、該プレナム（９４）が、前記複数のマイクロチャンネル（８０）から前記冷却媒体（６４）を受け入れるように構成される、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載の燃焼器ライナ（４０）。
【請求項１５】
前記カバー層（７８）が複数の排気通路（９２）を画成し、該複数の排気通路（９２）の各々が、前記プレナム（９４）に流体接続され、前記プレナム（９４）から冷却媒体（６４）を受け入れて前記カバー層（７８）に隣接して前記冷却媒体（６４）を排出するように構成される、請求項１４記載の燃焼器ライナ（４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、全体的にガスタービンシステムに関し、より詳細には、ガスタービンシステムの燃焼器における燃焼器ライナを冷却する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、発電などの分野において幅広く利用されている。従来のガスタービンシステムは、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。ガスタービンシステムの作動中、システムの種々の構成要素が高温流に曝され、該構成要素の故障を引き起こす可能性がある。高温流は一般にガスタービンシステムの性能、効率、及び出力の向上をもたらすので、高温流に曝される構成要素は、高温でガスタービンシステムを作動できるようにするために冷却されなければならない。
【０００３】
冷却すべき１つのガスタービンシステム構成要素は燃焼器ライナである。燃焼器内の空気燃料混合気の燃焼によって生じる高温流は、燃焼器を通って配向され、該高温流が燃焼器ライナを加熱し、燃焼器ライナの故障を引き起こす可能性がある。具体的には、燃焼器ライナの下流側末端部分は、シールを介して移行部品などの燃焼器の他の構成要素には接続することができ、従って、燃焼器ライナの残りの部分を冷却できる種々の空気流に曝されない可能性がある。従って、下流側末端部分は、燃焼器ライナの寿命限界セクションとすることができ、高温流に曝されることによって故障する可能性がある。燃焼器ライナの寿命を延ばすために、下流側末端部分を冷却しなければならない。
【０００４】
燃焼器ライナの下流側末端部分を冷却する種々の方式が当該技術分野で公知である。例えば、圧縮機から燃料ノズルを通って燃焼器に提供される空気の一部は、環状ラッパーを通して燃焼器ライナの下流側末端部分の外側表面に画成されたチャンネルに吸い上げられる。空気流はこれらのチャンネルを通って配向されるので、空気流は、下流側末端部分を冷却する。しかしながら、これらのチャンネル内の空気流による下流側末端部分の冷却は一般に、該下流側末端部分の厚みにより制限され、燃焼器ライナ内部の高温流に対するチャンネルの近接した部位が減少し、従って、チャンネルの冷却効果が低下する。更に、燃焼器ライナの下流側末端部分の外側表面に画成されるチャンネルを介した燃焼器ライナの冷却は一般に、比較的低い熱伝達率及び不均一な燃焼器ライナ温度分布をもたらす。
【０００５】
従って、当該技術分野において燃焼器ライナ用の改善された冷却システムが望まれることになる。例えば、燃焼器ライナの下流側末端部分において比較的高い熱伝達率及び比較的均一な温度分布をもたらす冷却システムが有利であろう。加えて、燃焼器ライナの冷却に必要な冷却流の量を低減する燃焼器ライナ冷却システムが望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７４８７６４１号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はその説明から自明なものとすることができ、或いは本発明を実施することにより知ることができる。
【０００８】
１つの実施形態において、燃焼器ライナが開示される。燃焼器ライナは、上流側部分と、上流側部分から略長手方向軸線に沿って延在する下流側末端部分と、下流側末端部分の内側表面と関連付けられたカバー層とを含む。下流側末端部分は、複数のマイクロチャンネルを画成する内側表面と、外側表面とを含む。下流側末端部分は更に、内側表面と外側表面との間に延在する複数の通路を画成する。複数のマイクロチャンネルは、複数の通路に流体接続され、冷却媒体を貫流させて燃焼器ライナを冷却するように構成される。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１０】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスタービンシステムの概略図
【図２】本開示のガスタービンシステムの種々の構成要素の１つの実施形態の切り欠き側面図。
【図３】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の１つの実施形態の斜視図。
【図４】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の別の実施形態の分解斜視図。
【図５】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の別の実施形態の分解斜視図。
【図６】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の別の実施形態の斜視図。
【図７】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の別の実施形態の斜視図。
【図８】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の１つの実施形態の断面図。
【図９】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の別の実施形態の断面図。
【図１０】本開示の燃焼器ライナの下流側末端部分の別の実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例を図面に示している本発明の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、当業者であれば、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正及び変形を本発明において実施できる点は理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１３】
図１は、ガスタービンシステム１０の概略図である。システム１０は、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６、及び燃料ノズル２０を含むことができる。更に、システム１０は、複数の圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６、及び燃料ノズル２０を含むことができる。圧縮機１２及びタービン１６は、シャフト１８により結合することができる。シャフト１８は、単一シャフト、或いは共に結合されてシャフト１８を形成する複数のシャフトセグメントとすることができる。
【００１４】
ガスタービンシステム１０は、天然ガス又は水素リッチ合成ガスなどの液体又はガス燃料を用いて該システム１０を稼働することができる。例えば、燃料ノズル２０は、圧縮機１２から供給燃料２２及び酸化媒体２４（図２を参照）を吸入し、該供給燃料２２と酸化媒体２４を混合してクーラント燃料混合気を生成し、該クーラント燃料混合気を燃焼器１４に吐出することができる。酸化媒体２４は、例示的な実施形態においては空気とすることができる。しかしながら、本開示の酸化媒体２４は空気に限定されず、あらゆる好適な流体であってもよい点は理解されたい。燃焼器１４により受け入れられたクーラント燃料混合気は、燃焼器１４内で燃焼し、これにより高温加圧排気ガス又は高温ガス流２６を生成することができる。燃焼器１４は、該燃焼器１４内の高温ガス経路２８を通ってタービン１６に配向することができる。高温ガス流２６は、タービン１６を通過することができ、該タービン１６はシャフト１８を回転させることができる。シャフト１８は、圧縮機１２を含む、タービンシステム１０の種々の構成要素に接続することができる。従って、シャフト１８の回転により、圧縮機１２が作動し、これにより酸化媒体２４を加圧することができる。
【００１５】
従って、作動時には、酸化媒体２４がタービンシステム１０に流入し、圧縮機１２内で加圧することができる。次に、酸化媒体２４は、供給燃料２２と混合され、燃焼器１４内で燃焼することができる。例えば、燃料ノズル２０は、最適な燃焼、エミッション、燃料消費量、及び出力に好適な比率で燃料クーラント混合気を燃焼器１４に噴射することができる。燃焼は、高温ガス流２６を生成することができ、該高温ガス流２６は、燃焼器１４を介してタービン１６に提供することができる。
【００１６】
図２に示すように、燃焼器１４は、一般に、圧縮機１２及びタービン１６に流体結合される。圧縮機１２は、ディフューザ３０及び吐出プレナム３２を含むことができ、これらが互いに流体連通して結合され、燃焼器１４への酸化媒体２４の配送を容易にするようにする。例えば、圧縮機１２で加圧された後、酸化媒体２４は、ディフューザ３０を通って流れ、吐出プレナム３２に提供することができる。次いで、酸化媒体２４は、吐出プレナム３２から燃料ノズル２０を通って燃焼器１４に流れることができる。
【００１７】
燃焼器１４は、該燃焼器１４の上流側端部にてカバープレート３４を含むことができる。カバープレート３４は、燃料ノズル２０を少なくとも部分的に支持し、酸化媒体２４及び供給燃料２２を燃料ノズル２０に配向することができる経路を提供することができる。
【００１８】
燃焼器１４は、酸化媒体２４を促進するように構成された中空環状壁を備えることができる。例えば、燃焼器１４は、流れスリーブ４２内に配置された燃焼器ライナ４０を含むことができる。図２に示すように、燃焼器ライナ４０及び流れスリーブ４２の配置は、略同心状であり、これらの間に環状通路又は流路４４を画成することができる。幾つかの実施形態において、流れスリーブ４２及び燃焼器ライナ４０は、燃焼器１４の第１の又は上流側の中空環状壁を画成することができる。流れスリーブ４２は、複数の入口４６を含むことができ、酸化媒体２４の少なくとも一部を圧縮機１２から吐出プレナム３２を通って流路４４に流す流路を提供する。換言すると、流れスリーブ４２は、ある開口パターンで穿孔されて有孔環状壁を画成することができる。燃焼器ライナ４０の内部は、実質的に円筒形又は環状の燃焼室４８を画成し、高温ガス流２６を配向できる高温ガス経路２８を少なくとも部分的に画成することができる。
【００１９】
燃焼器ライナ４０及び流れスリーブ４２から下流側では、インピンジメントスリーブ５０が流れスリーブ４２に結合することができる。流れスリーブ４２は、インピンジメントスリーブ５０の取り付け部材５４を受けるように構成された取り付けフランジ５２を含むことができる。移行部品５６は、インピンジメントスリーブ５０が移行部品５６を囲むようにインピンジメントスリーブ５０内に配置することができる。インピンジメントスリーブ５０と移行部品５６の同心配置は、これらの間に環状通路又は流路５８を画成することができる。インピンジメントスリーブ５０は、複数の入口６０を含むことができ、該入口は、酸化媒体２４の少なくとも一部を圧縮機１２から吐出プレナム３２を通って流路５８に流す流路を提供することができる。換言すると、流れスリーブ５０は、ある開口パターンで穿孔されて有孔環状壁を画成することができる。移行部品５６の内部キャビティ６２は更に、燃焼室４８からの高温ガス流２６をタービン１６内に配向することができる高温ガス経路２８を画成することができる。
【００２０】
図示のように、流路５８は、流路４４に流体結合される。すなわち、流路４４及び５８を合わせて、圧縮機１２及び吐出プレナム３２から燃料ノズル２０に酸化媒体２４を提供するように構成された流路を画成すると同時に、燃焼器１４も冷却する。
【００２１】
上記で検討するように、タービンシステム１０は、作動時には、酸化媒体２４を吸入して該酸化媒体２４を圧縮機１２に提供することができる。シャフト１８により駆動される圧縮機１２は、酸化媒体２４を回転させて加圧することができる。次いで、加圧酸化媒体２４は、ディフューザ３０に吐出することができる。次に、加圧酸化媒体２４の大半は、ディフューザ３０を経由して圧縮機１２から吐出プレナム３２を通り燃焼器１４内に吐出することができる。加えて、加圧酸化媒体２４の小部分（図示せず）は、タービンエンジン１０の他の構成要素の冷却のために下流側に配送することができる。
【００２２】
吐出プレナム３２内の加圧酸化媒体２４の一部は、入口６０を経由して流路５８に流入することができる。以下で検討するように、冷却媒体６４として示す酸化媒体２４の一部は、流路５８から燃焼器ライナ４０に配向することができ、燃焼器ライナ４０を冷却する役割を果たすことができる。次に、流路５８に残存する酸化媒体２４は、流路４４を通って上流側に配送することができ、酸化媒体２４が燃焼器ライナ４０にわたって配向されるようにする。従って、流路は、流路５８（インピンジメントスリーブ５０及び移行部品５６により形成される）及び流路４４（流れスリーブ４２及び燃焼器ライナ４０により形成される）により上流方向に画成される。従って、流路４４は、流路５８及び入口４６両方から酸化媒体２４を受け取ることができる。次いで、流路４４を通る酸化媒体２４は、燃料ノズル２０に向かって上流側に配送することができ、ここで酸化媒体２４は、供給燃料２２と混合され、燃焼室４８内で点火されて高温ガス流２６を生成することができる。高温ガス流２６は、燃焼室４８を通り高温ガス経路２８に沿って移行部品キャビティ６２内に入り、タービンノズル６６を通ってタービン１６に配送することができる。
【００２３】
図３から図７は、本開示の燃焼器ライナ４０の一部の種々の実施形態の斜視図を示している。燃焼器ライナ４０は、一般に、上流側部分７０と、略長手方向軸線７３に沿って上流側部分７０から延在する下流側末端部分７２とを含むことができる。下流側末端部分７２は、移行部品５６に関連する燃焼器ライナ４０の当該部分とすることができる。更に、下流側末端部分７２は、内側表面７４及び外側表面７６を含むことができる。内側表面７４は、高温ガス経路２８に全体的に関連する当該表面とすることができ、外側表面７６は、移行部品５６に全体的に関連する当該表面とすることができる。上流側部分７０及び下流側末端部分７２は、何れかの好適な長さ、半径、及びテーパー又は非テーパー部分など、何れかの好適な構成を有することができる。
【００２４】
本開示の燃焼器ライナ４０は更にカバー層７８を含むことができる。カバー層７８は、以下で検討するように、下流側末端部分７２の内側表面７４に関連付けることができる。
【００２５】
下流側末端部分７２の内側表面７４は、複数のマイクロチャンネル８０を画成することができる。マイクロチャンネル８０は、冷却媒体６４が貫通して流れるように構成され、通常、下流側末端部分７２及び燃焼器ライナ４０を冷却することができる。例えば、マイクロチャンネル８０は一般に、内側表面７４上に形成され且つ画成される開放チャンネルとすることができる。加えて、内側表面７４に関連付けられるカバー層７８は、マイクロチャンネル８０を覆うことができ、例示的な実施形態では該マイクロチャンネル８０を更に画成することができる。以下で検討するようにマイクロチャンネル８０に流れる冷却媒体６４は、内側表面７４と外側表面７６との間にマイクロチャンネル８０を通って流れ、下流側末端部分７２及びカバー層７８を冷却することができ、次いで、以下で検討するようにマイクロチャンネル８０排出することができる。マイクロチャンネル８０は、例えば、レーザ加工、水ジェット加工、電解加工（ＥＣＭ）、放電加工（ＥＤＭ）、フォトリソグラフィー、或いは、適切なサイズ及び許容差を備えた好適なマイクロチャンネル８０を提供することができる何れかの他のプロセスによって下流側末端部分７２に形成することができる。
【００２６】
マイクロチャンネル８０は、約０．５ｍｍ〜約１ｍｍなど、約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲の深さ８２を有することができる。更に、マイクロチャンネル８０は、約０．５ｍｍ〜約１ｍｍなど、約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲の幅８４を有することができる。更に、マイクロチャンネル８０は長さ８６を有することができる。マイクロチャンネル８０の長さ８６は、下流側末端部分７２の長さに略等しいとすることができ、或いは、下流側末端部分７２の長さよりも小さいか又は大きいとすることができる。マイクロチャンネル８０の深さ８２、幅８４、及び長さ８６は、各マイクロチャンネル８０で同一である必要はなく、マイクロチャンネル８０毎に異なっていてもよい点を更に理解されたい。
【００２７】
例示的な実施形態において、複数のマイクロチャンネル８０の各々の深さ８２は、マイクロチャンネル８０の長さ８６全体を通じて実質的に一定とすることができる。別の例示的な実施形態において、一方では、複数のマイクロチャンネル８０の各々の深さ８２は、テーパーを付けることができる。例えば、複数のマイクロチャンネル８０の各々の深さ８２は、マイクロチャンネル８０を通る冷却媒体６４の流れ方向で、マイクロチャンネル８０の長さ８６にわたって縮小することができる。或いは、一方では、複数のマイクロチャンネル８０の各々の深さ８２は、マイクロチャンネル８０を通る冷却媒体６４の流れ方向で、マイクロチャンネル８０の長さ８６にわたって拡大することができる。複数のマイクロチャンネル８０の各々の深さ８２は、マイクロチャンネル８０の長さ８６全体にわたってどのような方法でも変えることができ、要望に応じて縮小及び拡大される点を理解されたい。更に、種々のマイクロチャンネル８０は、実質的に一定の深さ８２を有することができ、他のマイクロチャンネル８０はテーパー付きの深さ８２を有することができる点は理解されたい。
【００２８】
例示的な実施形態において、複数のマイクロチャンネル８０の各々の幅８４は、マイクロチャンネル８０の長さ８６全体にわたって実質的に一定とすることができる。一方、別の例示的な実施形態において、複数のマイクロチャンネル８０の各々の幅８４はテーパーを付けることができる。例えば、複数のマイクロチャンネル８０の各々の幅８４は、マイクロチャンネル８０を通る冷却媒体６４の流れ方向で、マイクロチャンネル８０の長さ８６にわたって縮小することができる。或いは、複数のマイクロチャンネル８０の各々の幅８４は、マイクロチャンネル８０を通る冷却媒体６４の流れ方向で、マイクロチャンネル８０の長さ８６にわたって拡大することができる。複数のマイクロチャンネル８０の各々の幅８４は、マイクロチャンネル８０の長さ８６全体にわたってどのような方法でも変えることができ、要望に応じて縮小及び拡大される点を理解されたい。更に、種々のマイクロチャンネル８０は、実質的に一定の幅８４を有することができ、他のマイクロチャンネル８０はテーパー付きの幅８４を有することができる点は理解されたい。
【００２９】
マイクロチャンネル８０は、例えば、矩形、楕円、三角、又はマイクロチャンネル８０を通る冷却媒体６４の流れを促進するのに好適な他の何れかの幾何学的形状など、何れかの幾何学的形状を備えた断面を有することができる。種々のマイクロチャンネル８０は幾つかの幾何学的形状を備えた断面を有し、他のマイクロチャンネル８０は、別の種々の幾何学的形状を備えた断面を有することができる点は理解されたい。
【００３０】
幾つかの実施形態において、マイクロチャンネル８０は、長手方向軸線７３に対して下流側末端部分７２を通って直線的に延在することができる。或いは、マイクロチャンネル８０は、長手方向軸線７３に対して下流側末端部分７２の周りを螺旋状に延在することができる。別の代替の実施形態において、マイクロチャンネル８０は、略曲線状、正弦曲線状、又は蛇行状のマイクロチャンネル８０とすることができる。
【００３１】
例示的な実施形態において、複数のマイクロチャンネル８０の各々は、実質的に滑らかな表面を有することができる。例えば、マイクロチャンネル８０の表面は、突起、凹部、又は表面起伏が実質的に又は完全に無いものとすることができる。しかしながら、代替の実施形態において、複数のマイクロチャンネル８０の各々は、複数の表面特徴部を含む表面を有することができる。表面特徴部は、マイクロチャンネル８０の表面から延在する離散的突起とすることができる。例えば、表面特徴部は、フィン形突起、円筒形突起、リング形突起、山形突起、マイクロチャンネル８０内に形成された斜交平行溝間の隆起部、又はこれらの何れかの組み合わせ、並びに他の何れかの好適な幾何学的形状を含むことができる。表面特徴部の寸法は、一般にマイクロチャンネル８０の幾何学的制約を満足しながら、下流側末端部分７２及び燃焼器ライナ４０の冷却を最適にするよう選択することができる点は理解されたい。
【００３２】
一部の実施形態において、マイクロチャンネル８０の各々は、単一の離散的マイクロチャンネル８０とすることができる。しかしながら、他の実施形態では、マイクロチャンネル８０の各々又はマイクロチャンネル８０の何れかの部分は、単一のマイクロチャンネル８０から分岐させ、複数のマイクロチャンネル分岐を形成することができる。
【００３３】
下流側末端部分７２は更に、複数の通路９０を画成することができる。通路９０は、下流側末端部分７２の内側表面７４と外側表面７６との間に延在することができる。複数のマイクロチャンネル８０は、複数の通路９０に流体接続することができる。例えば、通路９０は、図３、４、及び５に示すような略環状アレイで、及び／又は図４及び５に示すような比較的線形パターンで、或いは他の何れかの好適なパターンもしくはアレイで下流側末端部分７２に画成することができる。従って、燃焼器ライナ４０に提供される冷却媒体６４は、通路９０を通って流れ、マイクロチャンネル８０に提供することができる。
【００３４】
更に、複数の通路の各々は、カバー層７８にインピンジメント冷却を提供するように構成することができる。例えば、通路９０は、カバー層７８に対して下流側末端部分７２内で略垂直方向に向けることができる。従って、冷却媒体６４が通路９０を通って流れ、マイクロチャンネル８０に提供されると、該冷却媒体６４は、通路９０から排出することができ、カバー層７８に衝突し、カバー層７８のインピンジメント冷却を提供することができる。
【００３５】
冷却媒体６４がマイクロチャンネル８０を通って流れて、下流側末端部分７２及び燃焼器ライナ４０を冷却し、並びカバー層７８を冷却した後、冷却媒体６４はマイクロチャンネル８０から排出することができる。例えば、図３、４及び５に示す１つの実施形態において、冷却媒体６４は、マイクロチャンネル８０から直接排出することができる。従って、冷却媒体６４は、マイクロチャンネル８０から高温ガス経路２８内に直接流れることができる。
【００３６】
或いは、図６及び７に示すように、冷却媒体６４は、カバー層７８に隣接して高温ガス経路２８に排出することができる。例えば、カバー層７８は、複数の排気通路９２を画成することができる。更に、下流側末端部分７２の内側表面７４は、プレナム９４又は複数のプレナム９４を画成することができる。図７に示すように、１つ又は複数のプレナム９４は、複数のマイクロチャンネル８０から、或いは複数のマイクロチャンネル８０の少なくとも一部から冷却媒体を受け入れるように構成することができる。一般に、例えば、１つ又は複数のプレナム９４は、高温ガス流２６に対して下流側末端部分７２の下流側端部の周りで環状に画成することができ、複数のマイクロチャンネル８０と流体連通することができる。従って、マイクロチャンネル８０を通って流れる冷却媒体６４は、マイクロチャンネル８０からプレナム９４に流出することができ、例示的な実施形態では、下流側末端部分７２から排出される前にプレナム全体に分配することができる。
【００３７】
排気通路９２の各々は、図６に示す複数のマイクロチャンネル８０のうちの１つに、又は図７に示すプレナム９４に流体接続することができる。更に、排気通路９２の各々は、複数のマイクロチャンネル８０から又はプレナム９４から冷却媒体６４を受け入れて、該冷却媒体６４をカバー層７８に隣接して排出するように構成することができる。例えば、排気通路９２は、カバー層７８の内側表面１０２と外側表面１０４（図８から図１０を参照）との間に全体的に延在することができ、マイクロチャンネル８０又はプレナム９４に流体接続することができる。高温ガス流２６は、通路９０及びマイクロチャンネル８０内の圧力よりも全体的に低い圧力でカバー層７８の内側表面１０２を流れ過ぎることができる。この圧力差により、マイクロチャンネル８０を通って流れる冷却媒体６４が、マイクロチャンネル８０から排気通路９２に流入して貫流し、カバー層７８の内側表面１０２に隣接して該排気通路９２から高温ガス経路２８内に排出されるようにすることができる。各マイクロチャンネル８０は、排気通路９２の１つ又はそれ以上に接続することができる点に留意されたい。更に、排気通路９２は、マイクロチャンネル８０及び／又はプレナム９４に対してあらゆる角度に向けることができる点に留意されたい。加えて、排気通路９２は、略円形又は楕円の断面、略矩形断面、又は略三角形の断面を有し、或いは、他の何れか好適な形状の多角形断面を有することができる点に留意されたい。
【００３８】
下流側末端部分７２及びカバー層７８は各々、基材又はコーティングなどの単一の材料を含むことができ、又は各々画複数の基材及びコーティングなどの複数の材料を含むことができる。例えば、図８に示す１つの例示的な実施形態において、下流側末端部分７２は、燃焼器ライナ基材１１０を含むことができる。例えば、基材１１０は、ニッケル基、コバルト基、又は鉄基の超合金とすることができる。合金は、鋳造又は鍛造による超合金とすることができる。本開示の燃焼器ライナ基材１１０は、上記の材料に限定されず、燃焼器ライナ４０の何れかの部分に好適なあらゆる材料であってもよい点を理解されたい。
【００３９】
更に図８に示すように、カバー層７８は金属コーティング１１２を含むことができる。実施形態の１つの例示的な態様において、金属コーティング１１２は、例えば、ニッケルベース、コバルトベース、鉄ベース、亜鉛ベース、又は銅ベースのコーティングなどのコーティングに基づく何れかの金属又は金属合金とすることができる。
【００４０】
或いは、カバー層７８は、ボンドコーティング１１４を含むことができる。ボンドコーティング１１４は、何れかの適切なボンディング材料とすることができる。例えば、ボンドコーティング１１４は、化学組成ＭＣｒＡｌ（Ｘ）を有することができ、ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉ並びにこれらの組み合わせからなる群から選択された元素、（Ｘ）は、ガンマプライムフォーマ、例えば、Ｔａ、Ｒｅからなる固溶強化材料、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉなどの反応性元素、並びにＢ、Ｃ、及びこれらの組み合わせからなる粒界強化剤からなる群から選択された元素である。ボンドコーティング１１４は、例えば、電子ビーム蒸着、イオンプラズマアーク蒸着、又はスパッタリングなどの物理的気相成長プロセス、或いはプラズマ溶射、高速オキシ燃料、又は低圧プラズマ溶射などの溶射プロセスを通じて下流側末端部分７２に施工することができる。或いは、ボンドコーティング１１４は、化学組成ＮｉＡｌ又はＰｔＡｌを有するコーティングなど、拡散アルミナイドボンドコーティングとすることができ、ボンドコーティング１１４は、例えば、気相アルミナイド又は化学蒸着を通じて下流側末端部分７２に施工することができる。
【００４１】
或いは、カバー層７８は、遮熱コーティング（ＴＢＣ）１１６を含むことができる。ＴＢＣ１１６は、あらゆる適切な遮熱材料とすることができる。例えば、ＴＢＣ１１６は、イットリア安定化ジルコニアとすることができ、物理的気相成長プロセス又は溶射プロセスを通じて下流側末端部分７２に施工することができる。或いは、ＴＢＣ１１６は、例えば、ＩＶ族、Ｖ族及びＶＩ族から形成された酸化物のような他の耐火性酸化物により変成されたジルコニア又はＬａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｙｂ、及び同様のものなどのランタニド系列により変成された酸化物の薄層などのセラミックとすることができる。
【００４２】
他の例示的な実施形態では、上記で検討したように、下流側末端部分７２及びカバー層７８は各々、複数の基材及びコーティングのような複数の材料を含むことができる。例えば、図９に示す１つの実施形態において、下流側末端部分７２は、燃焼器ライナ基材１１０及びボンドコーティング１１４を含むことができる。下流側末端部分７２は外側表面７６を含むことができ、ボンドコーティング１１４は内側表面７４を含むことができる。従って、複数のマイクロチャンネル８０は、ボンドコーティング１１４内に画成することができる。更に、図９に示すように、カバー層７８はＴＢＣ１１６を含むことができる。
【００４３】
図１０に示す別の実施形態において、下流側末端部分７２は、燃焼器ライナ基材１１０、ボンドコーティング１１４、及び第１のＴＢＣ１１６を含むことができる。燃焼器ライナ基材１１０は外側表面７６を含むことができ、第１のＴＢＣ１１６は内側表面７４を含むことができる。従って、複数のマイクロチャンネル８０は、第１のＴＢＣ１１６内に画成することができる。更に、図１０に示すように、カバー層７８は第２のＴＢＣ１１８を含むことができる。
【００４４】
加えて、図８に示すように、燃焼器ライナ４０は、カバー層７８に隣接して配置されるＴＢＣ１１６を含むことができる。更に、図８に示すように、燃焼器ライナ４０は、ＴＢＣ１１６とカバー層７８との間に配置されるボンドコーティング１１４を含むことができる。或いは、カバー層７８は、金属コーティング１１２、ボンドコーティング１１４、及びＴＢＣ１１６を含むことができる。
【００４５】
一部の実施形態において、図４に示すように、下流側末端部分７２の外側表面７６は、複数のチャンネル１２０を画成することができる。チャンネル１２０は、冷却媒体６４を貫流させ、一般に下流側末端部分７２及び燃焼器ライナ４０を更に冷却させるように構成することができる。チャンネル１２０は、マイクロチャンネル８０の特徴の何れかを有するマイクロチャンネルとすることができ、或いは、マイクロチャンネル８０よりも大きく、例えば、フライス加工、キャスティング、成形、又はレーザエッチング／カッティングなどの何れかの好適な技術を用いて形成することができる。
【００４６】
チャンネル１２０は、マイクロチャンネル８０に流体接続することができる。例えば、通路９０の少なくとも一部は、チャンネル１２０の少なくとも一部に流体接続することができる。図４に示すように、通路９０の幾つかはチャンネル１２０内に画成することができる。従って、チャンネル１２０を通って流れる冷却媒体６４は、通路９０により受け入れることができ、通路９０を通ってマイクロチャンネル８０に流れることができる。
【００４７】
本開示の燃焼器１４は更に、図３から図５に示すようにシールリング１３０を含むことができる。シールリング１３０は、下流側末端部分７２などの燃焼器ライナ４０と移行部品５６との間にシールを提供することができる。
【００４８】
例示的な実施形態において、図５に示すように、シールリング１３０は更に、複数の送給通路１３２を画成することができる。送給通路１３２は、冷却媒体６４を貫流するように構成することができる。例えば、下流側末端部分７２に流れる冷却媒体６４は、シールリング１３０を覆って少なくとも部分的に流れることができ、この冷却媒体６４の少なくとも一部は、送給通路１３２により受け入れることができる。
【００４９】
更に、下流側末端部分７２により画成される通路９０の少なくとも一部は、複数の送給通路１３２から冷却媒体６４を受け入れるように構成することができる。例えば、通路９０の幾つかは、下流側末端部分７２に画成することができ、シールリング１３０が下流側末端部分７２に隣接して位置付けられるときに、これらの通路９０がシールリング１３０によりほぼ覆われるようにされる。従って、送給通路１３２を介してシールリング１３０を貫流する冷却媒体６４は、これらの通路９０により受け入れられ、全体的にマイクロチャンネル８０に流れることができる。しかしながら、通路９０は、シールリング１３０の外側の下流側末端部分７２に画成することができ、これらの通路９０は、送給通路１３２を通って流れる冷却媒体６４以外の冷却媒体６４を受け入れることができる点は理解されたい。
【００５０】
他の例示的な実施形態では、図４に示すように、燃焼器は更に環状ラッパー１４０を含むことができる。環状ラッパー１４０は、下流側末端部分７２などの燃焼器ライナ４０とシールリング１３０との間に配置することができる。環状ラッパー１４０は、複数の送給通路１４２を画成することができる。送給通路１４２は、冷却媒体６４が貫流するように構成することができる。例えば、下流側末端部分７２に流れる冷却媒体６４は、環状ラッパー１４０全体を少なくとも部分的に流れることができ、この冷却媒体６４の少なくとも一部は、送給通路１４２により受け入れることができる。一部の実施形態において、シールプレート１４４は、環状ラッパー１４０の下流側末端部分に又はこれに隣接して配置することができる。シールプレート１４４は、冷却媒体６４が環状ラッパー１４０を通過して流れるのを阻止することができ、送給通路１４２への冷却媒体６４の流れを促進することができる。
【００５１】
更に、下流側末端部分７２により画成される通路９０の少なくとも一部は、複数の送給通路１４２から冷却媒体６４を受け入れるように構成することができる。例えば、通路９０の幾つかは、下流側末端部分７２に画成することができ、環状ラッパー１４０が下流側末端部分７２に隣接して位置付けられるときに、これらの通路９０が環状ラッパー１４０によりほぼ覆われるようにされる。従って、送給通路１４２を介して環状ラッパー１４０を貫流する冷却媒体６４は、これらの通路９０により受け入れられ、全体的にマイクロチャンネル８０に流れることができる。しかしながら、通路９０は、環状ラッパー１４０の外側の下流側末端部分７２に画成することができ、これらの通路９０は、送給通路１３２を通って流れる冷却媒体６４以外の冷却媒体６４を受け入れることができる点は理解されたい。
【００５２】
本明細書で説明されるようにマイクロチャンネル８０及び通路９０を利用することによって、燃焼器ライナ４０の冷却が比較的高い熱伝達率で且つ比較的均一な温度分布を有して提供される。従って、燃焼器ライナ４０の寿命を延ばすことができ、燃焼器ライナ４０は更に、より高い温度の高温ガス流２６を利用可能にし、すなわち、システム１０の性能及び効率を高めることができる。更に、冷却に必要な冷却媒体６４の量は、マイクロチャンネル８０及び通路９０を利用することによって低減することができ、従って、冷却用に分岐される酸化媒体２４の量を低減することができる。有利には、この低減は、ＮＯｘエミッションを低下させ、燃焼器ライナ４０及び移行部品５６に隣接する冷却ストリークを低減し、ターンダウン時のＣＯレベルを更に低減することができる。
【００５３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５４】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  シャフト
２０  燃料ノズル
２２  供給燃料
２４  酸化媒体
２６  高温ガス流
２８  高温ガス経路
３０  ディフューザ
３２  吐出プレナム
３４  カバープレート
４０  燃焼器ライナ
４２  流れスリーブ
４４  流路
４６  入口
４８  燃焼室
５０  インピンジメントスリーブ
５２  取り付けフランジ
５４  取り付け部材
５６  移行部品
５８  流路
６０  入口
６２  移行部品キャビティ
６４  冷却媒体
６６  タービンノズル
７０  上流側部分
７２  下流側末端部分
７３  長手方向軸線
７４  内側表面
７６  外側表面
７８  カバー層
８０  マイクロチャンネル
８２  深さ
８４  幅
８６  長さ
９０  通路
９２  排気通路
９４  プレナム
１０２  内側表面
１０４  外側表面
１１０  燃焼器ライナ基材
１１２  金属コーティング
１１４  ボンドコーティング
１１６  遮熱コーティング
１１８    第２の遮熱コーティング
１２０  チャンネル
１３０  シールリング
１３２  送給通路
１４０  環状ラッパー
１４２  送給通路
１４４  シールプレート
【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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