(57)【要約】【課題】多孔質部の異物による目詰まりが防止され、多孔質部の局所的な過熱が防止されるガスタービン用高温部品及びガスタービンを提供する。【解決手段】ガスタービン用高温部品は、本体部と、本体部の少なくとも一部として、又は、本体部の少なくとも一部の上に設けられ、冷却ガスが通過可能な多孔質部と、冷却ガスの流れ方向にて多孔質部よりも上流に配置され、多孔質部を通過不能な異物を捕集可能な少なくとも１つのフィルタと、を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と、
前記本体部の少なくとも一部として、又は、前記本体部の少なくとも一部の上に設けられ、冷却ガスが通過可能な多孔質部と、
前記冷却ガスの流れ方向にて前記多孔質部よりも上流に配置され、前記多孔質部を通過不能な異物を捕集可能な少なくとも１つのフィルタと、
を備えることを特徴とするガスタービン用高温部品。
【請求項２】
前記少なくとも１つのフィルタは、前記本体部の少なくとも一部から空間を存して離間して配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項３】
前記少なくとも１つのフィルタは、第１フィルタ及び第２フィルタを有し、
前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも小さい異物を捕集可能であり、
前記冷却ガスの流れ方向にて前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも上流に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項４】
前記少なくとも１つのフィルタは、第１フィルタ及び第２フィルタを有し、
前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも小さい異物を捕集可能であり、
前記冷却ガスの流れ方向にて前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも下流に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項５】
前記多孔質部は、前記本体部の少なくとも一部の上に設けられ、
前記本体部の少なくとも一部には、前記多孔質部に前記冷却ガスを供給するための冷却ガス供給孔が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項６】
前記少なくとも１つのフィルタは、前記多孔質部と前記本体部の少なくとも一部との間に配置されている
ことを特徴とする請求項５に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項７】
前記冷却ガス供給孔の断面積は、前記冷却ガスの流れ方向にて出口に近付くほど徐々に小さくなり、
前記少なくとも１つのフィルタは、前記冷却ガス供給孔の内部であって、前記冷却ガスの流れ方向にて前記冷却ガス供給孔の入口側に配置されている
ことを特徴とする請求項５に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項８】
前記本体部には、前記冷却ガス供給孔と前記多孔質部との間に、前記冷却ガス供給孔よりも断面積が大きい空洞が設けられている
ことを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項９】
前記本体部又は前記多孔質部は、動翼、静翼、分割環及び燃焼器のうち何れか一つの少なくとも一部を構成している
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のガスタービン用高温部品。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載のガスタービン用高温部品を備えることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービン用高温部品及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機、燃焼器及びタービンを有し、大気を吸い込んで圧縮機で圧縮し、燃焼器で燃料を燃焼させて高圧高温の燃焼ガスを生成し、タービンを回転させる。そして、ガスタービンのタービンの出力により、電気や推力を生成可能である。
燃焼器、タービンの静翼、動翼、及び、分割環といったガスタービン用高温部品は、高温の燃焼ガスに曝されるため、冷却空気によって冷却される。
例えば、特許文献１が開示するガスタービンに適用可能な部品は、冷却空気供給孔が形成された基板と、基板上に形成された多孔質層とを有する。多孔質層は、燃焼ガスが流れるガスパス側に配置されるが、冷却空気供給孔を通じて供給された冷却空気が自身の内部を流動することによって冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９００３６５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンは、大気を吸い込む為に、砂粒など様々な異物を吸い込むこととなる。また、産業用ガスタービンでは、素材が錆びやすい部品も有り、内部で錆びなどが発生する。
特許文献１が開示する部品において、砂粒や錆びなどの異物が、冷却空気供給孔に詰まると、多孔質層の一部に冷却空気が供給されなくなる。このため、異物が詰まった冷却空気供給孔の周辺で多孔質層の温度が高くなり、多孔質層が局所的に過熱されてしまう。
また、多孔質層が本体部の一部を構成していたとしても、多孔質層に異物が付着すると、その周辺の多孔質層の一部の冷却が不足し、多孔質層が局所的に過熱されてしまう。
【０００５】
上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、多孔質部の異物による目詰まりが防止され、多孔質部の局所的な過熱が防止されるガスタービン用高温部品及びガスタービンを提供することにある。
【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ガスタービン用高温部品は、
本体部と、
前記本体部の少なくとも一部として、又は、前記本体部の少なくとも一部の上に設けられ、冷却ガスが通過可能な多孔質部と、
前記冷却ガスの流れ方向にて前記多孔質部よりも上流に配置され、前記多孔質部を通過不能な異物を捕集可能な少なくとも１つのフィルタと、
を備える。
【０００７】
上記構成（１）によれば、フィルタによって、多孔質部を通過不能な異物が捕集されるので、多孔質部の目詰まりが防止される。この結果として、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記少なくとも１つのフィルタは、前記本体部の少なくとも一部から空間を存して離間して配置されている。
【０００９】
上記構成（２）によれば、異物によってフィルタの一部で目詰まりが生じたとしても、目詰まりしていないフィルタの部分を通過した冷却ガスがフィルタの下流の空間で合流し、多孔質部に分配される。このように空間を利用して冷却ガスを分配することで、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記少なくとも１つのフィルタは、第１フィルタ及び第２フィルタを有し、
前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも小さい異物を捕集可能であり、
前記冷却ガスの流れ方向にて前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも上流に配置されている。
【００１１】
上記構成（３）によれば、冷却ガスは、より小さい異物を捕集可能な第１フィルタで異物が捕集された後、第２フィルタに流入する。異物によって第１フィルタの一部で目詰まりが生じたとしても、目詰まりしていない第１フィルタの部分を通過した冷却ガスが第１フィルタの第２フィルタに流入する。第２フィルタは、第１フィルタに比べて粗い構造を有しているため、第２フィルタに流入した冷却ガスは、第２フィルタ内を厚さ方向と直交する方向にも流動可能である。このため、冷却ガスが、第２フィルタに対し不均一な分布をもって流入したとしても、第２フィルタから流出するときには不均一な分布が緩和又は解消され、第２フィルタによって、冷却ガスが多孔質部に適当に分配される。このように第２フィルタを利用して冷却ガスを分配することで、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記少なくとも１つのフィルタは、第１フィルタ及び第２フィルタを有し、
前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも小さい異物を捕集可能であり、
前記冷却ガスの流れ方向にて前記第１フィルタは、前記第２フィルタよりも下流に配置されている。
【００１３】
上記構成（４）によれば、冷却ガスは、第２フィルタで異物が捕集された後、第１フィルタでより小さい異物が捕集される。このため、第１フィルタに流入する異物の量が第２フィルタによって低減され、第１フィルタの使用可能期間を延ばすことができる。一方、第２フィルタの一部で目詰まりが生じたとしても、第２フィルタは第１フィルタに比べて粗い構造を有しているため、冷却ガスは第２フィルタの目詰まりした部分を迂回して通過することができる。この結果として、第２フィルタ及び第１フィルタによって長期に渡り異物が捕集され、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（４）の何れか一つにおいて、
前記多孔質部は、前記本体部の少なくとも一部の上に設けられ、
前記本体部の少なくとも一部には、前記多孔質部に前記冷却ガスを供給するための冷却ガス供給孔が設けられている。
【００１５】
上記構成（５）によれば、フィルタが冷却ガス供給孔よりも上流に配置されていれば、フィルタによって異物が捕集され、冷却ガス供給孔の目詰まりが防止される。この結果として、多孔質部の局所的な過熱が防止される。一方、フィルタが冷却ガス供給孔よりも下流に配置されていれば、冷却ガス供給孔を通過した異物がフィルタによって捕集され、多孔質部の局所的な過熱が防止される。また、フィルタが冷却ガス供給孔内に配置されていても、フィルタによって異物が捕集され、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（５）において、
前記少なくとも１つのフィルタは、前記多孔質部と前記本体部の少なくとも一部との間に配置されている。
【００１７】
上記構成（６）によれば、フィルタが多孔質部と本体部の間に配置されているので、冷却ガス供給孔を通過した異物がフィルタによって捕集され、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記構成（５）において、
前記冷却ガス供給孔の断面積は、前記冷却ガスの流れ方向にて出口に近付くほど徐々に小さくなり、
前記少なくとも１つのフィルタは、前記冷却ガス供給孔の内部であって、前記冷却ガスの流れ方向にて前記冷却ガス供給孔の入口側に配置されている。
【００１９】
上記構成（７）によれば、冷却ガス供給孔の断面積は、冷却ガスの流れ方向にて出口に近付くほど徐々に小さくなっており、換言すれば、冷却ガス供給孔の入口は出口よりも広い。このため、冷却ガス供給孔の入口側に配置されたフィルタの一部で目詰まりが生じても、冷却ガスは目詰まりしたフィルタの部分を迂回して冷却ガス供給孔を通過することができる。この結果として、異物による冷却ガス供給孔の目詰まりが防止され、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記構成（５）乃至（７）の何れか一つにおいて、
前記本体部には、前記冷却ガス供給孔と前記多孔質部との間に、前記冷却ガス供給孔よりも断面積が大きい空洞が設けられている。
【００２１】
上記構成（８）によれば、冷却ガス供給孔よりも大きな断面積を有する空洞が冷却ガス供給孔と多孔質部との間に設けられているので、空洞を介して、多孔質部の広い領域に冷却ガスを供給することができる。この結果として、たとえ冷却ガス供給孔を通過した異物が多孔質部に付着したとしても、異物の周囲を通じて多孔質部に冷却ガスを供給することができ、多孔質部の局所的な過熱が防止される。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（８）の何れか一つにおいて、
前記本体部又は前記多孔質部は、動翼、静翼、分割環及び燃焼器のうち何れか一つの少なくとも一部を構成している。
【００２３】
上記構成（９）によれば、ガスタービン用高温部品としての動翼、静翼、分割環又は燃焼器において、多孔質部が局所的に過熱されることが防止される。
【００２４】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記構成（１）乃至（９）の何れか一つに記載のガスタービン用高温部品を備える。
【００２５】
上記構成（１０）によれば、ガスタービン高温用部品において、多孔質部が局所的に過熱されることが防止されるので、ガスタービンの信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、多孔質部の異物による目詰まりが防止され、多孔質部の局所的な過熱が防止されるガスタービン用高温部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品が適用されたガスタービン１の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品として、タービンに適用可能な１つの静翼を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品として、タービンに適用可能な１つの動翼を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品として、タービンに適用可能な１つの分割環を概略的に示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る分割環を概略的に示す縦断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る動翼の翼部の概略的な横断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る静翼の翼部の概略的な横断面図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品に適用される多孔質部の製造方法の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図２０】集合体用意工程及びスラリ付与工程の一例を説明するための概略的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品が適用されたガスタービン１の構成を概略的に示す図である。
図１に示したように、ガスタービン１は、圧縮機（圧縮部）３と、燃焼器（燃焼部）５と、タービン（タービン部）７とを備えている。圧縮機３は、大気を吸い込んで圧縮し、圧縮空気を生成する。燃焼器５には、燃料とともに圧縮機３から圧縮空気が供給され、燃焼器５は、燃料を燃焼させることにより高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービン７は、燃焼ガスを利用して回転軸９を回転させる。回転軸９は、圧縮機３に接続されるとともに、例えば発電機（不図示）に接続され、回転軸９が出力したトルクによって圧縮機３が駆動されるとともに発電機が発電する。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品１０として、タービン７に適用可能な１つの静翼１１を概略的に示す斜視図である。複数の静翼１１は、回転軸９の周方向に配列された状態で、タービン７のハウジング（車室）１２に対し固定される。静翼１１は、翼部１３と、翼部１３の両側に配置されるプラットホーム１５，１７を有し、プラットホーム１５，１７間に燃焼ガスの流路（ガスパス）が規定される。従って、ガスパスに面するプラットホーム１５，１７の表面及び翼部１３の表面が燃焼ガスに曝される。
【００３１】
図３は、本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品１０として、タービン７に適用可能な１つの動翼１９を概略的に示す斜視図である。複数の動翼１９は、回転軸９の周方向に配列された状態で回転軸９に対して固定される。動翼１９は、翼部２１と、翼部２１の片側に配置されるプラットホーム２３と、プラットホーム２３から翼部２１とは反対側に突出する翼根部２５とを有する。翼根部２５が回転軸９に埋設されることにより、動翼１９が回転軸９に固定される。プラットホーム２３は、回転軸９を覆うように配置され、プラットホーム２３の翼部２１側の表面がガスパスを規定する。従って、ガスパスに面するプラットホーム２３の表面及び翼部２１の表面が燃焼ガスに曝される。燃焼ガスは、複数の動翼１９の翼部２１に衝突し、回転軸９を回転させる。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品１０として、タービン７に適用可能な１つの分割環２７を概略的に示す斜視図である。複数の分割環２７は、回転軸９の周方向に配列された状態で、タービン７のハウジング１２に対し固定される。分割環２７は、回転軸９の径方向にて動翼１９の外側に配置され、周方向に配列された複数の分割環２７は、周方向に配列された複数の動翼１９を囲む。分割環２７は、動翼１９を囲む囲繞壁を構成する壁部２９と、壁部２９をハウジング１２に固定するための係合部３１，３３とを有する。動翼１９側の壁部２９の表面（凹曲面）がガスパスを規定し、ガスパスに面する壁部２９の表面が燃焼ガスに曝される。
【００３３】
図５は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ａ）を概略的に示す縦断面図である。図６は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｂ）を概略的に示す縦断面図である。図７は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｃ）を概略的に示す縦断面図である。図８は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｄ）を概略的に示す縦断面図である。図９は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｅ）を概略的に示す縦断面図である。図１０は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｆ）を概略的に示す縦断面図である。図１１は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｇ）を概略的に示す縦断面図である。図１２は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｈ）を概略的に示す縦断面図である。図１３は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｉ）を概略的に示す縦断面図である。図１４は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｊ）を概略的に示す縦断面図である。図１５は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｋ）を概略的に示す縦断面図である。図１６は、本発明の一実施形態に係る分割環２７（２７ｌ）を概略的に示す縦断面図である。
【００３４】
図１７は、本発明の一実施形態に係る動翼１９の翼部２１の概略的な横断面図である。
図１８は、本発明の一実施形態に係る静翼１１の翼部１３の概略的な横断面図である。
【００３５】
本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン用高温部品１０は、図５〜図１８に示したように、本体部４０と、多孔質部４２と、少なくとも１つのフィルタ４３とを有する。
本体部４０は、ガスタービン用高温部品１０を形作る基本的な骨格を構成しており、例えば、Ｎｉ基合金等の耐熱性金属や、セラミックス基複合材（ＣＭＣ：Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）等によって構成される。ＣＭＣは、例えばＳｉＣやＡｌ２Ｏ３等のセラミックス繊維と、セラミックス繊維を覆う例えばＳｉＣやＡｌ２Ｏ３等のセラミックスマトリックスとによって構成される。なお、セラミックス繊維とセラミックスマトリックスとの間には、例えばＢＮ等の中間層が設けられる。
【００３６】
多孔質部４２は、本体部４０の少なくとも一部として、又は、本体部４０の少なくとも一部の上に設けられている。例えば、多孔質部４２が本体部４０の少なくとも一部として設けられる場合、多孔質部４２は、ガスタービン用高温部品１０の壁の一部を構成する。また例えば、多孔質部４２が本体部４０の少なくとも一部の上に設けられる場合、多孔質部４２は、ガスタービン用高温部品１０の外面を覆う被覆層を構成する。
多孔質部４２は微小な気孔（不図示）を有しており、冷却ガスが、気孔を通じて多孔質部４２を通過可能である。つまり、多孔質部４２は微細冷却構造を有している。冷却ガスは例えば空気である。多孔質部４２は、例えば、ＮｉＡｌ等の発泡金属（多孔質金属）、多孔質性のイットリウム安定化ジルコニア等のセラミックス、又は、多孔質性のＣＭＣ等によって構成されている。例えば、多孔質部４２の気孔は、数μｍ以上数百μｍ以下の等価直径Ｄｅを有する。等価直径Ｄｅは、気孔の断面積をＡとし、気孔の周長をＬとしたとき、次式：Ｄｅ＝４Ａ／Ｌにて表される。多孔質部４２は、例えば、３Ｄプリンタによって作製されたものであってもよい。
【００３７】
フィルタ４３としては、例えば、ＮｉＡｌ等の発泡金属や、ワイヤーメッシュの積層体や、多孔質性のＣＭＣ等を用いることができる。
少なくとも１つのフィルタ４３は、冷却ガスの流れ方向にて多孔質部４２よりも上流に配置され、多孔質部４２を通過不能な異物を捕集可能である。つまりフィルタ４３は、多孔質部４２において目詰まりを発生させる異物を捕集可能である。例えば、フィルタ４３は、多孔質部４２における数μｍ以上数百μｍ以下の等価直径Ｄｅを有する気孔を閉塞させる異物を捕集可能なフィルタ機能を有する。
【００３８】
多孔質部４２の少なくとも一部は、ガスタービン用高温部品１０において、燃焼ガスが流れるガスパス側に配置される。ガスタービン用高温部品１０は、多孔質部４２によってガスパスと分離された内部空間４４を有し、内部空間４４には、ガスパスを流れる燃焼ガスよりも高圧の冷却ガスが供給される。多孔質部４２は、内部空間４４における冷却ガスの静圧とガスパスにおける燃焼ガスの静圧の圧力差に応じて、冷却ガスが多孔質部４２を通過するトランスピレーション冷却若しくはマイクロチャネル冷却等によって、冷却される。
ここで、多孔質部４２の気孔に異物が詰まり目詰まりが発生すると、冷却ガスが、目詰まりが発生した領域を通過できなくなり、当該領域が過熱される。
この点、上記構成では、フィルタ４３によって、多孔質部４２を通過不能な異物が捕集されるので、多孔質部４２の目詰まりが防止される。この結果として、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
【００３９】
幾つかの実施形態では、少なくとも１つのフィルタ４３は、図５、図６、図９、図１０及び図１１に示したように、多孔質部４２によって覆われた本体部４０の少なくとも一部から、空間（分配空間）４５を存して離間して配置されている。
【００４０】
上記構成によれば、異物によってフィルタ４３の一部で目詰まりが生じたとしても、目詰まりしていないフィルタ４３の部分を通過した冷却ガスがフィルタ４３の下流の分配空間４５で合流し、多孔質部４２に分配される。このように分配空間４５を利用して冷却ガスを分配することで、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
なおこの場合、例えば、本体部４０に溝やスロット（不図示）を設けておき、板状のフィルタ４３の両端を溝やスロットに差し込むことにより、フィルタ４３を保持することができる。必要に応じて、溶接や接着剤等によりフィルタ４３を固定してもよい。
【００４１】
幾つかの実施形態では、図１３、図１４及び図１６に示したように、少なくとも１つのフィルタ４３は、第１フィルタ４３ａ及び第２フィルタ４３ｂを有する。
第１フィルタ４３ａは、第２フィルタ４３ｂよりも小さい異物を捕集可能である。そして、冷却ガスの流れ方向にて第１フィルタ４３ａは、第２フィルタ４３ｂよりも上流に配置されている。
【００４２】
上記構成によれば、冷却ガスは、より小さい異物を捕集可能な第１フィルタ４３ａで異物が捕集された後、第２フィルタ４３ｂに流入する。異物によって第１フィルタ４３ａの一部で目詰まりが生じたとしても、目詰まりしていない第１フィルタ４３ａの部分を通過した冷却ガスが第１フィルタ４３ａの下流の第２フィルタ４３ｂに流入する。第２フィルタ４３ｂは、第１フィルタ４３ａに比べて粗い構造を有しているため、第２フィルタ４３ｂに流入した冷却ガスは、層状の第２フィルタ４３ｂ内を厚さ方向と直交する面内方向にも流動可能である。このため、冷却ガスが、第２フィルタ４３ｂに対し不均一な分布をもって流入したとしても、第２フィルタ４３ｂから流出するときには不均一な分布が緩和又は解消され、第２フィルタ４３ｂによって多孔質部４２に適当に分配される。このように第２フィルタ４３ｂを利用して冷却ガスを分配することで、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
【００４３】
幾つかの実施形態では、図６、図１２、図１５、図１７及び図１８に示したように、少なくとも１つのフィルタ４３は、第１フィルタ４３ａ及び第２フィルタ４３ｂを有する。
第１フィルタ４３ａは、第２フィルタ４３ｂよりも小さい異物を捕集可能である。そして、冷却ガスの流れ方向にて第１フィルタ４３ａは、第２フィルタ４３ｂよりも下流に配置されている。
【００４４】
上記構成によれば、冷却ガスは、第２フィルタ４３ｂで異物が捕集された後、第１フィルタ４３ａでより小さい異物が捕集される。このため、第１フィルタ４３ａに流入する異物の量が第２フィルタ４３ｂによって低減され、第１フィルタ４３ａの使用可能期間を延ばすことができる。一方、第２フィルタ４３ｂの一部で目詰まりが生じたとしても、第２フィルタ４３ｂは第１フィルタ４３ａに比べて粗い構造を有しているため、冷却ガスは第２フィルタ４３ｂの目詰まりした部分を迂回して通過することができる。この結果として、第２フィルタ４３ｂ及び第１フィルタ４３ａによって長期に渡り異物が捕集され、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
【００４５】
幾つかの実施形態では、図６に示したように、少なくとも１つのフィルタ４３は、第３フィルタ４３ｃを更に有し、第３フィルタ４３ｃは、第１フィルタ４３ａよりも小さい異物を捕集可能である。そして、第３フィルタ４３ｃは、冷却ガスの流れ方向にて第１フィルタ４３ａよりも下流に配置されている。
上記構成によれば、冷却ガスは、第２フィルタ４３ｂ及び第１フィルタ４３ａで異物が捕集された後、第３フィルタ４３ｃでより小さい異物が捕集される。このため、第３フィルタ４３ｃに流入する異物の量が第２フィルタ４３ｂ及び第１フィルタ４３ａによって低減され、第３フィルタ４３ｃの使用可能期間を延ばすことができる。つまり、少なくとも１つのフィルタ４３は、１つのフィルタによって構成されていても、複数のフィルタによって構成されていてもよく、フィルタの数は特に限定されない。
【００４６】
幾つかの実施形態では、第１フィルタ４３ａが第２フィルタ４３ｂよりも小さい異物を捕集可能とするために、第１フィルタ４３ａ内における冷却ガスの流路（内部流路）の等価直径は、第２フィルタ４３ｂの内部流路の等価直径よりも小さい。
【００４７】
幾つかの実施形態では、第３フィルタ４３ｃが第１フィルタ４３ａよりも小さい異物を捕集可能とするために、第３フィルタ４３ｃの内部流路の等価直径は、第１フィルタ４３ａの内部流路の等価直径よりも小さい。
【００４８】
なお、フィルタ４３がフィルタ機能を発揮するために、必ずしも、フィルタ４３の内部流路の等価直径が、多孔質部４２の気孔（内部流路）の等価直径よりも小さい必要はない。フィルタ４３の内部流路の等価直径が、多孔質部４２の気孔（内部流路）の等価直径よりも小さい場合、勿論、フィルタ４３はフィルタ機能を発揮可能である。一方、フィルタ４３の内部流路の等価直径が、多孔質部４２の気孔（内部流路）の等価直径よりも大きい場合であっても、フィルタ４３の内部流路が長く曲がりくねっていれば、異物が内部流路内で衝突を繰り返すことにより捕集され、フィルタ機能を発揮することができる。つまり、フィルタ４３は、全体として、異物を捕集可能なように設計されていればよい。
【００４９】
幾つかの実施形態では、図５〜図８、図１０〜図１４、図１７及び図１８に示したように、多孔質部４２は、本体部４０の少なくとも一部の上に設けられている。本体部４０の上とは、本体部４０の外面上であり、例えばガスパス側である。そして、多孔質部４２によって覆われた本体部４０の少なくとも一部には、多孔質部４２に冷却ガスを供給するための冷却ガス供給孔４６が設けられている。
【００５０】
上記構成によれば、フィルタ４３が冷却ガス供給孔４６よりも上流に配置されていれば、フィルタ４３によって異物が捕集され、冷却ガス供給孔４６の目詰まりが防止される。この結果として、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。一方、フィルタ４３が冷却ガス供給孔４６よりも下流に配置されていれば、冷却ガス供給孔４６を通過した異物がフィルタ４３によって捕集され、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。また、フィルタ４３が冷却ガス供給孔４６内に配置されていても、フィルタ４３によって異物が捕集され、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
【００５１】
幾つかの実施形態では、図１２〜図１４、図１７及び図１８に示したように、少なくとも１つのフィルタ４３は、多孔質部４２と本体部４０の少なくとも一部との間に配置されている。つまり、フィルタ４３は、多孔質部４２と本体部４０との間に挟まれている。
【００５２】
上記構成によれば、フィルタ４３が多孔質部４２と本体部４０の間に配置されているので、冷却ガス供給孔４６を通過した異物がフィルタ４３によって捕集され、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
なおこの場合、例えば本体部４０にフィルタ４３を溶接又は接着剤により固定し、フィルタ４３上に多孔質部４２を形成してもよい。あるいは、本体部４０とフィルタ４３を溶接又は接着剤により接合し、フィルタ４３と多孔質部４２とを接着剤により接合してもよい。あるいは、後述するように、フィルタ４３と多孔質部４２を一体に形成したものを、本体部４０に接着剤により固定してもよい。
【００５３】
幾つかの実施形態では、図７及び図８に示したように、冷却ガス供給孔４６の断面積（流路面積）は、冷却ガスの流れ方向にて出口に近付くほど徐々に小さくなっている。例えば、冷却ガス供給孔４６は、円錐台形状を有している。そして、少なくとも１つのフィルタ４３は、冷却ガス供給孔４６の内部であって、冷却ガスの流れ方向にて冷却ガス供給孔４６の入口側に配置されている。
【００５４】
上記構成によれば、冷却ガス供給孔４６の断面積は、冷却ガスの流れ方向にて出口に近付くほど徐々に小さくなっており、換言すれば、冷却ガス供給孔４６の入口は出口よりも広い。このため、冷却ガス供給孔４６の入口側に配置されたフィルタ４３の一部で目詰まりが生じても、冷却ガスは目詰まりしたフィルタ４３の部分を迂回して冷却ガス供給孔４６を通過することができる。この結果として、異物による冷却ガス供給孔４６の目詰まりが防止され、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
なおこの場合、例えば、本体部４０に対しフィルタ４３を溶接又は接着剤により固定してもよい。
【００５５】
幾つかの実施形態では、本体部４０には、冷却ガス供給孔４６と多孔質部４２との間に、冷却ガス供給孔４６よりも断面積が大きい空洞４８が設けられている。
【００５６】
上記構成によれば、冷却ガス供給孔４６よりも大きな断面積を有する空洞４８が冷却ガス供給孔４６と多孔質部４２との間に設けられているので、空洞４８を介して、多孔質部４２の広い領域に冷却ガスを供給することができる。この結果として、たとえ冷却ガス供給孔４６を通過した異物が多孔質部４２に付着したとしても、異物の周囲を通じて多孔質部４２に冷却ガスを供給することができ、多孔質部４２の局所的な過熱が防止される。
空洞４８は、例えば、冷却ガス供給孔４６と同軸の円柱形状や角柱形状を有している。或いは、空洞４８は、多孔質部４２に沿って延在する溝形状若しくはチャネル形状を有していてもよい。
幾つかの実施形態では、空洞４８の断面積が可及的に大きくなるように、空洞４８が形成される。
幾つかの実施形態では、隣り合う空洞４８を隔てる壁が可及的に薄くなるように空洞４８が形成される。
【００５７】
幾つかの実施形態では、図９に示したように、多孔質部４２がガスタービン用高温部品１０の本体部４０全体を構成していてもよい。
なおこの場合、例えば、本体部４０を構成する多孔質部４２に溝又はスロット（不図示）を設けておき、溝又はスロットにフィルタ４３の端部を挿入することにより、フィルタ４３を保持することができる。必要に応じて、溶接や接着剤等によりフィルタ４３を固定してもよい。
【００５８】
幾つかの実施形態では、図１５及び図１６に示したように、多孔質部４２及びフィルタ４３が本体部４０の一部を構成していてもよい。
この場合、例えば、本体部４０の残部に対し、溶接や接着剤等によりフィルタ４３を固定し、フィルタ４３と多孔質部４２とを溶接や接着剤等により接合してもよい。あるいは、後述するように、多孔質部４２とフィルタ４３を一体に形成したものを、溶接や接着剤等により、本体部４０の残部に対し固定してもよい。
【００５９】
幾つかの実施形態では、図１０及び図１１に示したように、多孔質部４２上には遮熱層（ＴＢＣ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ）５０が設けられていてもよい。遮熱層５０は、例えば、イットリウム安定化ジルコニア等のセラミックスによって構成され、多孔質部４２よりも小さい気孔率を有する。遮熱層５０には、冷却ガスを流出させる冷却ガス放出孔５２が形成されていてもよい。
【００６０】
幾つかの実施形態では、図１１に示したように、本体部４０と多孔質部４２との間に接着層（中間層）５４が設けられていてもよい。接着層５４は、本体部４０と多孔質部４２とを接合するものであり、例えば、リン酸アルミニウムを焼成したものや、ＭＣｒＡｌＹ合金からなる。ここで、ＭＣｒＡｌＹ合金のＭは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選ばれる一種又は二種以上を表す。ＭＣｒＡｌＹ合金は、一例として、Ｃｏ−３２Ｎｉ−２１Ｃｒ−８Ａｌ−０．５Ｙで表される組成を有する。
【００６１】
幾つかの実施形態では、図１４に示したように、冷却ガス供給孔４６の断面積（流路面積）は、冷却ガスの流れ方向にて出口に近付くほど徐々に小さくなっていてもよい。例えば、冷却ガス供給孔４６は円錐台形状を有していてもよい。
【００６２】
幾つかの実施形態では、図５〜図１６に示したように、多孔質部４２は、少なくとも、分割環２７の壁部２９の外面側（ガスパス側）に設けられる。
幾つかの実施形態では、図１７に示したように、多孔質部４２は、少なくとも、動翼１９の翼部２１の外面側（ガスパス側）に設けられる。
幾つかの実施形態では、図１８に示したように、多孔質部４２は、少なくとも、静翼１１の翼部１３の外面側（ガスパス側）に設けられる。
【００６３】
上述した実施形態では、ガスタービン用高温部品１０としての分割環２７、動翼１９又は静翼１１の少なくとも一部を本体部４０又は多孔質部４２が構成していたが、幾つかの実施形態では、ガスタービン用高温部品１０は、図１に示したように、燃焼器５である。この場合、本体部４０又は多孔質部４２は、燃焼器５の少なくとも一部、例えば燃焼筒又は尾筒（トランジションピース）を構成する。
上記構成によれば、ガスタービン用高温部品１０としての燃焼器５において、動翼１９、静翼１１又は分割環２７と同様、多孔質部４２が局所的に過熱されることが防止される。
【００６４】
図１９は、本発明の一実施形態に係るガスタービン用高温部品１０に適用される多孔質部の製造方法の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【００６５】
多孔質部の製造方法は、図１９に示したように、スラリ用意工程Ｓ１と、集合体用意工程Ｓ３と、スラリ付与工程Ｓ５と、乾燥工程Ｓ７と、加熱工程Ｓ９とを備えている。
スラリ用意工程Ｓ１では、スラリの原材料として、溶媒としての水、例えば蒸留水又は脱イオン水と、セラミックス粉末と、気孔生成用粉末と、必要に応じて分散剤と、必要に応じて結着剤とが用意される。そして、原材料が撹拌混合され、スラリが用意される。
セラミックス粉末は、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、βＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＢ２、ＢＮ、及び、ＷＣ等からなる群から選択される一種以上又はその原材料を含む粉末である。
気孔生成用粉末は、例えば、有機材料、カーボン及び黒鉛等からなる群より選択される一種以上を含む粉末である。有機材料の粉末は、例えば、アクリル系、スチレン系又はポリエチレン系等の高分子粉末である。
分散剤は、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸ナトリウム塩、ポリリン酸アミノアルコール中和品、ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アルキルアミン塩、非イオン系界面活性剤、及び、カチオン系界面活性剤等からなる群より選択される一種以上を含む。
結着剤は、例えば、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、及びパラフィンからなる群より選択される一種以上を含む。
【００６６】
集合体用意工程Ｓ３では、セラミックス繊維の集合体が用意される。セラミックス繊維の集合体は、セラミックス繊維の束や織物である。セラミックス繊維は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＴｉＣＯ、ＳｉＺｒＣＯ、ＳｉＡｌＣＯ、及び、Ｓｉ３Ｎ４等からなる群より選択される一種以上又はその原材料を含む。
【００６７】
スラリ付与工程Ｓ５では、セラミックス繊維の集合体にスラリが付与される。この際、セラミックス繊維の隙間にスラリが浸透するように、セラミックス繊維の集合体にスラリが付与される。
例えば、スラリ付与工程Ｓ５では、セラミックス繊維の集合体が、大気圧よりも低圧下にてスラリに浸漬される。あるいは、セラミックス繊維の集合体に対し、スラリを塗布した後、ローラがけすることによって、スラリが付与される。
【００６８】
乾燥工程Ｓ７では、セラミックス繊維の集合体に付与されたスラリが例えば１２０℃の雰囲気中で乾燥させられ、グリーン体（中間体）が形成される。
加熱工程Ｓ９では、グリーン体が例えば１２００℃の還元雰囲気下で加熱され、セラミックス粉末が焼結させられるとともに、気孔生成用粉末が消失させられる。
【００６９】
上述した多孔質部の製造方法によれば、スラリ用意工程Ｓ１でスラリ中に気孔生成用粉末を混合し、加熱工程Ｓ９で気孔生成用粉末を消失させることで、多孔質部内に、気孔生成用粉末に対応する気孔を生成することができる。
また、上述した多孔質部の製造方法によれば、スラリに添加する気孔生成用粉末の量を調整することにより、気孔率を制御することができる。
【００７０】
図２０は、集合体用意工程Ｓ３及びスラリ付与工程Ｓ５の一例を説明するための概略的な斜視図である。
幾つかの実施形態では、図２０に示したように、複数のセラミックス繊維の織物５６が用意される。そして、各織物５６に対しスラリが付与されるが、織物５６毎に、付与するスラリに含まれる気孔生成用粉末の含有量及び／又は粒径を異ならせる。そのために、スラリ用意工程Ｓ１では、気孔生成用粉末の含有量及び／又は粒径が相互に異なる複数のスラリを用意しておく。
そして、スラリを付与した織物５６を重ね合わせて、乾燥及び加熱することで、厚さ方向にて気孔率の異なる多孔質部を製造することができる。そして、多孔質部のうち気孔率の高い層は、フィルタとして利用することができる。つまり、上記した方法によれば、多孔質部とフィルタ層を一体に製造可能である。あるいは、上記した方法によれば、本体部とフィルタ層を一体に製造することも可能である。
【００７１】
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更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態を含む。
特に、ガスタービン用高温部品１０として、分割環２７を中心に説明したが、分割環２７について説明した構成を、燃焼器５、静翼１１及び動翼１９にも適用可能であり、静翼１１について説明した構成を、燃焼器５、動翼１９及び分割環２７にも適用可能であり、動翼１９について説明した構成を、燃焼器５、静翼１１及び分割環２７にも適用可能である。
また、ガスタービン用高温部品１０とは、燃焼ガスの影響により、少なくとも一部が例えば８００℃以上の温度まで加熱される部品であり、上述した燃焼器５、静翼１１、動翼１９、及び、分割環２７に限定されることはない。
【符号の説明】
【００７２】
１                  ガスタービン
３                  圧縮機
５                  燃焼器
７                  タービン
９                  回転軸
１０                ガスタービン用高温部品
１１                静翼
１２                ハウジング
１３                翼部
１５，１７          プラットホーム
１９                動翼
２１                翼部
２３                プラットホーム
２５                翼根部
２７                分割環
２９                壁部
３１，３３          係合部
４０                本体部
４２                多孔質部
４３                フィルタ
４４                内部空間
４５                空間
４６                冷却ガス供給孔
４８                空洞
５０                遮熱層
５２                冷却ガス放出孔
５４                接着層
５６                セラミックス繊維の織物
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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