(57)【要約】【課題】熱をより効率的に冷却媒体に伝達できるピンフィン、ピンフィン群及びタービン翼を提供する。【解決手段】ピンフィンは、対向する第１及び第２壁面の間を流れる冷却媒体に第１及び第２壁面からの熱を伝えるピンフィンであり、第１壁面から第２壁面に向かって突出する第１突部と、第２壁面から第１壁面に向かって突出する第２突部とを備える。第１及び第２突部は、基端側では、冷却媒体の流れ方向に沿った長さの中心よりも上流側の第１位置において、冷却媒体の流れと直交する方向の幅寸法が最も大きく、先端側では、幅寸法が基端側の幅寸法よりも小さく、且つ、第１位置よりも下流側で幅寸法が最も大きい。【選択図】図５
2019078224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１及び第２壁面の間を流れる冷却媒体に前記第１及び第２壁面からの熱を伝えるピンフィンであって、
前記第１壁面から前記第２壁面に向かって突出する第１突部と、前記第２壁面から前記第１壁面に向かって突出する第２突部とを備え、
前記冷却媒体の流れ方向に沿った方向であって、前記第１及び第２突部のそれぞれの先端面における最大寸法を規定する方向を第１方向、前記第１壁面及び前記第２壁面に沿った方向であって、前記第１方向と直交する方向を第２方向と定義し、
前記第１及び第２突部のそれぞれにおいて、前記第１方向における寸法を長さ寸法、前記第２方向における寸法を幅寸法と定義した場合に、
前記第１及び第２突部のそれぞれは、
長さ寸法の中間位置よりも前記冷却媒体の流れの上流側の第１位置において、幅寸法が最大となる基端部、及び
前記基端部よりも前記先端面側に位置する中間部であって、前記第１位置において、前記基端部よりも小さい幅寸法を有し、且つ、前記第１位置よりも前記冷却媒体の流れの下流側において、幅寸法が最大となる中間部、
を含むピンフィン。
【請求項２】
前記中間部の幅寸法は、長さ寸法の中間位置よりも前記冷却媒体の流れの下流側において最大となる請求項１に記載のピンフィン。
【請求項３】
前記中間部の幅寸法は、前記第１方向の任意の位置において、前記基端部の幅寸法と同じか、前記基端部の幅寸法よりも小さい請求項１又は２に記載のピンフィン。
【請求項４】
前記第１突部と前記第２突部とは、前記第１壁面と前記第２壁面との中間面に関して対称である請求項１乃至３の何れか１項に記載のピンフィン。
【請求項５】
前記第１突部と前記第２突部とは、前記先端面同士で接続されている請求項１乃至４の何れか１項に記載のピンフィン。
【請求項６】
前記第１突部と前記第２突部とは、前記先端面同士が離間している請求項１乃至４の何れか１項に記載のピンフィン。
【請求項７】
前記第１及び前記第２突部は、前記冷却媒体の流れの上流側において前記第１方向に沿った少なくとも１つの切れ込み部を有し、
前記切れ込み部は、前記第１及び第２壁面から離れるにつれて前記第２方向の寸法が大きくなる請求項６に記載のピンフィン。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の複数のピンフィンを備えるピンフィン群であって、
前記複数のピンフィンは、
前記第２方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第１ピンフィン列と、
前記第１ピンフィン列に対して前記第１方向における前記冷却媒体の流れの下流側において、前記第２方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第２ピンフィン列と、含むピンフィン群。
【請求項９】
前記第１突部と前記第２突部とは、前記先端面同士で接続されており、
前記第１ピンフィン列における任意のピンフィンを第１ピンフィン、
前記第２ピンフィン列における前記第１ピンフィンと最も近接するピンフィンを第２ピンフィン、
前記第１ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の１／２をＲ１、
前記第２ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の１／２をＲ２、
前記第１ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置と、前記第２ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置との前記第２方向における離間距離をＤａ、と定義した場合に、Ｄａ−Ｒ１−Ｒ２＞０の関係を満たす請求項８に記載のピンフィン群。
【請求項１０】
前記第１ピンフィン列における任意のピンフィンを第１ピンフィン、
前記第２ピンフィン列における前記第１ピンフィンと最も近接するピンフィンを第２ピンフィン、
前記第１ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の１／２をＲ３、
前記第２ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の１／２をＲ４、
前記第１ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置と、前記第２ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置との前記第２方向における離間距離をＤｂ、と定義した場合に、Ｄｂ−Ｒ３−Ｒ４＜０の関係を満たす請求項８又は９に記載のピンフィン群。
【請求項１１】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の複数のピンフィンと、
前記ピンフィンとは異なる形状を有する複数の通常ピンフィンと、を備えるピンフィン群であって、
前記複数のピンフィンは、前記複数の通常ピンフィンよりも、前記冷却媒体の流れの下流側に設けられるピンフィン群。
【請求項１２】
前記第１及び第２壁面との間に形成される冷却通路を内部に有するタービン翼であって、
前記冷却通路には、請求項８乃至１１の何れか１項に記載のピンフィン群が設けられるタービン翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ピンフィン、ピンフィン群及びタービン翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンなどに用いられるタービン翼は、冷却のための冷却通路を内部に備えており、冷却通路に冷却空気を流通させることで翼メタルの温度上昇を抑制している（特許文献１参照）。例えば特許文献１に記載のタービン翼では、タービン翼の熱を冷却空気へ効率的に伝達させるために、冷却通路内に円柱状のピンフィンを複数設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０４０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、発電用のガスタービンコンバインドサイクルにおいて、熱効率を向上させるためには、燃焼温度を上昇させることが有効である。しかし、翼メタルの温度上昇を抑制するために冷却空気をより多く流通させることは、熱効率の観点から好ましくない。そのため、タービン翼の熱をより効率的に冷却空気に伝達させてタービン翼を冷却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、熱をより効率的に冷却媒体に伝達できるピンフィン、ピンフィン群及びタービン翼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ピンフィンは、
対向する第１及び第２壁面の間を流れる冷却媒体に前記第１及び第２壁面からの熱を伝えるピンフィンであって、
前記第１壁面から前記第２壁面に向かって突出する第１突部と、前記第２壁面から前記第１壁面に向かって突出する第２突部とを備え、
前記冷却媒体の流れ方向に沿った方向であって、前記第１及び第２突部のそれぞれの先端面における最大寸法を規定する方向を第１方向、前記第１壁面及び前記第２壁面に沿った方向であって、前記第１方向と直交する方向を第２方向と定義し、
前記第１及び第２突部のそれぞれにおいて、前記第１方向における寸法を長さ寸法、前記第２方向における寸法を幅寸法と定義した場合に、
前記第１及び第２突部のそれぞれは、
長さ寸法の中間位置よりも前記冷却媒体の流れの上流側の第１位置において、幅寸法が最大となる基端部、及び
前記基端部よりも前記先端面側に位置する中間部であって、前記第１位置において、前記基端部よりも小さい幅寸法を有し、且つ、前記第１位置よりも前記冷却媒体の流れの下流側において、幅寸法が最大となる中間部、
を含む。
【０００７】
上記（１）の構成では、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
すなわち、上記（１）の構成では、基端部の幅寸法が、長さ寸法の中間位置よりも冷却媒体の流れの上流側の第１位置において最大となるので、第１及び第２壁面に沿って流れる冷却媒体が第１位置に向かうにつれてそれぞれ第１及び第２壁面から第１及び第２突部の先端面側に向かうように誘導される。第１位置よりも下流側では基端部の幅寸法が小さくなるので、上述したように先端面側に向かって誘導された冷却媒体は、第１位置を通過すると、先端面側から第１及び第２壁面側に向かうように流れの向きが変化する。このとき、上記（１）の構成では、中間部の幅寸法が第１位置よりも冷却媒体の流れの下流側において最大となるので、第１位置を通過した冷却媒体の上述した流れの向きの変化を促進する。
したがって、上記（１）の構成により、冷却媒体の流れ方向と直交する方向へ冷却媒体が移動することで冷却媒体の混合が促進される。
【０００８】
冷却媒体の混合が促進されず、冷却媒体が第１及び第２壁面に沿って層流を形成するように流れていった場合、第１及び第２壁面から冷却媒体への熱伝達が下流側で低下するおそれがある。
しかし、上述したように、上記（１）の構成によれば、冷却媒体の流れ方向と直交する方向へ冷却媒体が移動することで冷却媒体の混合が促進されるので、第１及び第２壁面から冷却媒体への熱伝達が下流側で低下するおそれがなく、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【０００９】
また、上記（１）の構成では、第１及び第２突部から冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
すなわち、一般的に、冷却媒体の流れに対して直交する方向に延在する柱状部材では、冷却媒体の流れの上流側では柱状部材の表面における冷却媒体の流速が速いため冷却媒体への熱伝達が良好であるが、冷却媒体の流れの下流側では柱状部材の表面から冷却媒体の流れが剥離して冷却媒体の流速が低下するため冷却媒体への熱伝達が良好ではない。
しかし、上記（１）の構成では、中間部の幅寸法が第１位置よりも冷却媒体の流れの下流側において最大となるので、中間部において冷却媒体の流速が低下する領域を縮小できる。換言すると、上記（１）の構成では、中間部の上流側の表面において冷却媒体の流速が速い領域、すなわち熱伝達が良好となる領域を拡大できる。
したがって、上記（１）の構成によれば、中間部において冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００１０】
さらに、上記（１）の構成では、上述したように先端面側に向かって誘導された冷却媒体は、第１位置を通過すると、先端面側から第１及び第２壁面側に向かうように流れの向きが変化する。そのため、先端面側から第１及び第２壁面側に向かう冷却媒体が基端部の第１位置よりも下流側の表面に沿って流れることで、基端部の第１位置よりも下流側の表面における冷却媒体の流速低下を抑制できる。
したがって、上記（１）の構成によれば、基端部において冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記中間部の幅寸法は、長さ寸法の中間位置よりも前記冷却媒体の流れの下流側において最大となる。
上記（２）の構成によれば、中間部において上述したような冷却媒体の流速が低下する領域をさらに縮小できるので、熱伝達が良好となる領域をさらに拡大できる。
したがって、上記（２）の構成によれば、中間部において冷却媒体へより効率的に熱が伝達されるので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記中間部の幅寸法は、前記第１方向の任意の位置において、前記基端部の幅寸法と同じか、前記基端部の幅寸法よりも小さい。
上記（３）の構成では、中間部の近傍で冷却媒体が下流側に向かって流れやすくなるので、上述したように先端面側に向かって誘導された冷却媒体が下流に向かって流れやすくなり、冷却媒体の圧力損失を低減できる。これにより、冷却媒体の流量低下を抑制できるので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００１３】
また、上記（３）の構成では、ピンフィンを鋳造によって安価に製造できる。
すなわち、例えば、対向する第１及び第２壁面とピンフィンとをロストワックス精密鋳造によって一体的に形成する場合、対向する第１壁面と第２壁面とで挟まれた空間のうち、ピンフィンを除いた空間と同形状の中子を用いてろう型を成型する。一般的に、中子を製造する場合には、半割れの型を用いて製造するので、中子を半割れの型から抜くことができるようにしなければならず、中子の形状が制約を受ける。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、中間部の幅寸法が第１方向の任意の位置において、基端部の幅寸法と同じか、基端部の幅寸法よりも小さいので、半割れの型における、第１及び第２突部に相当する部位から中子を抜くことができ、上記（３）の構成のピンフィンの鋳造に用いる中子を容易に製造できる。したがって、上記（３）の構成のピンフィンを鋳造によって安価に製造できる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記第１突部と前記第２突部とは、前記第１壁面と前記第２壁面との中間面に関して対称である。
上記（４）の構成によれば、第１及び第２壁面の間を流れる冷却媒体の流れも中間面に関して対称となるので、第１及び第２壁面の双方を効率的に冷却できる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記第１突部と前記第２突部とは、前記先端面同士で接続されている。
上記（５）の構成によれば、先端面同士が接続された第１及び第２突部が第１及び第２壁面の補強部材としての役割を果たすので、第１及び第２壁面の強度を向上できる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記第１突部と前記第２突部とは、前記先端面同士が離間している。
上記（６）の構成によれば、第１及び第２突部におけるそれぞれの先端面が冷却媒体と接触するので、第１及び第２突部における冷却媒体との接触面積を増やすことができる。これにより、第１及び第２突部から冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記第１及び前記第２突部は、前記冷却媒体の流れの上流側において前記第１方向に沿った少なくとも１つの切れ込み部を有し、
前記切れ込み部は、前記第１及び第２壁面から離れるにつれて前記第２方向の寸法が大きくなる。
上記（７）の構成によれば、第１及び第２突部が冷却媒体の流れの上流側において第１方向に沿った少なくとも１つの切れ込み部を有しているので、冷却媒体は、切れ込み部へ誘導される。また、第１及び第２壁面から離れるにつれて切れ込み部の第２方向の寸法が大きくなるので、切れ込み部へ誘導された冷却媒体は、第１及び第２壁面から離れるように誘導される。これにより、冷却媒体の流れ方向と直交する方向へ冷却媒体が移動することで冷却媒体の混合が促進されるので、第１及び第２壁面から冷却媒体への熱伝達が促進され、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００１９】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るピンフィン群は、
上記（１）乃至（７）の何れかの構成の複数のピンフィンを備えるピンフィン群であって、
前記複数のピンフィンは、
前記第２方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第１ピンフィン列と、
前記第１ピンフィン列に対して前記第１方向における前記冷却媒体の流れの下流側において、前記第２方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第２ピンフィン列と、含む。
【００２０】
上記（８）の構成では、第２方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィンを含むピンフィン列が第１方向に２列存在するので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００２１】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記第１突部と前記第２突部とは、前記先端面同士で接続されており、
前記第１ピンフィン列における任意のピンフィンを第１ピンフィン、
前記第２ピンフィン列における前記第１ピンフィンと最も近接するピンフィンを第２ピンフィン、
前記第１ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の１／２をＲ１、
前記第２ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の１／２をＲ２、
前記第１ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置と、前記第２ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置との前記第２方向における離間距離をＤａ、と定義した場合に、Ｄａ−Ｒ１−Ｒ２＞０の関係を満たす。
【００２２】
上記（９）の構成によれば、第１ピンフィン列及び第２ピンフィン列を第１方向に投影した場合に、少なくとも中間部の近傍において第１ピンフィン列と第２ピンフィン列とがオーバーラップしない領域が形成されるので、冷却媒体の圧力損失を低減できる。これにより、冷却媒体の流量低下を抑制できるので、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００２３】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）または（９）の構成において、
前記第１ピンフィン列における任意のピンフィンを第１ピンフィン、
前記第２ピンフィン列における前記第１ピンフィンと最も近接するピンフィンを第２ピンフィン、
前記第１ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の１／２をＲ３、
前記第２ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の１／２をＲ４、
前記第１ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置と、前記第２ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置との前記第２方向における離間距離をＤｂ、と定義した場合に、Ｄｂ−Ｒ３−Ｒ４＜０の関係を満たす。
【００２４】
上述したように、冷却媒体は、第１及び第２突部の基端部近傍を通過する際に、第１及び第２壁面から先端面側に向かうように誘導され、その後、先端面側から第１及び第２壁面側に向かうように誘導されることで混合が促進される。
上記（１０）の構成によれば、第１ピンフィン列及び第２ピンフィン列を第１方向に投影した場合に、基端部の少なくとも一部において第１ピンフィン列と第２ピンフィン列とがオーバーラップする領域が形成されるので、上述したような冷却媒体の混合がピンフィン列を通過するたびに繰り返される。したがって、第１及び第２壁面から冷却媒体への熱伝達が良好となり、第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００２５】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るピンフィン群は、
上記構成（１）乃至（７）の何れかの構成の複数のピンフィンと、
前記ピンフィンとは異なる形状を有する複数の通常ピンフィンと、を備えるピンフィン群であって、
前記複数のピンフィンは、前記複数の通常ピンフィンよりも、前記冷却媒体の流れの下流側に設けられる。
【００２６】
冷却媒体は、被冷却部材から奪った熱によって温度が上昇するため、下流側に向かうにつれて被冷却部材との温度差が小さくなり、冷却効率が低下する。
上記（１１）の構成では、冷却媒体に熱を効率的に伝達できる複数のピンフィンが複数の通常ピンフィンよりも、冷却媒体の流れの下流側に設けられるので、冷却媒体の流れの下流側においても第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【００２７】
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
前記第１及び第２壁面との間に形成される冷却通路を内部に有するタービン翼であって、
前記冷却通路には、上記構成（８）乃至（１１）の何れかの構成のピンフィン群が設けられる。
上記（１２）の構成によれば、タービン翼の第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、対向する第１及び第２壁面の間を流れる冷却媒体によって第１及び第２壁面を効率的に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係るガスタービンを示す概略構成図である。
【図２】一実施形態のタービン動翼の内部断面図である。
【図３】一実施形態のタービン動翼を図２のＡ方向から見た断面図である。
【図４】一実施形態の冷却通路を冷却空気の流れの上流側から下流側に向かって見たときの翼部の断面の一部を示す図である。
【図５】一実施形態の冷却通路内に設けられているピンフィン群の一部についての斜視図である。
【図６】第１突部の斜視図である。
【図７】一実施形態の第１突部をｚ方向から見たときの断面を表す図であり、（ａ）は、先端面の形状を表し、（ｂ）は、基端面の形状を表す。
【図８】第１突部をｚ方向から見た図である。
【図９】ピンフィン群における複数のピンフィンの配置について説明する図である。
【図１０】一実施形態の冷却通路をｙ方向に沿って見たときの翼部の断面の一部を模式的に示す図である。
【図１１】ピンフィンの近傍における冷却空気の流れを表す図であり、（ａ）は、先端面の近傍における冷却空気の流れを表す図であり、（ｂ）は、基端面の近傍における冷却空気の流れを表す図である。
【図１２】一実施形態のタービン動翼の鋳造に用いるろう型を成型するための中子のうち、ピンフィン群に係る部分についての斜視図である。
【図１３】中子の製造に用いる半割れの型の一部についての斜視図である。
【図１４】一実施形態の第１突部に対応する他の実施形態の第１突部の斜視図である。
【図１５】他の実施形態に係る第１突部の斜視図である。
【図１６】図１５における第１突部の矢視断面図であり、（ａ）は図１５のｘ方向のａ位置における矢視断面図であり、（ｂ）は図１５のｘ方向のｂ位置における矢視断面図であり、（ｃ）は図１５のｘ方向のｃ位置における矢視断面図である。
【図１７】図１６（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
最初に、一実施形態に係るガスタービン１００について、図１を参照して説明する。なお、図１は、一実施形態に係るガスタービン１００を示す概略構成図である。
【００３２】
図１に示すように、一実施形態に係るガスタービン１００は、圧縮空気を生成するための圧縮機１０２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器１０４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン１０６と、を備える。発電用のガスタービン１００の場合、タービン１０６には不図示の発電機が連結され、タービン１０６の回転エネルギーによって発電が行われるようになっている。
【００３３】
ガスタービン１００における各部位の具体的な構成例について説明する。
圧縮機１０２は、圧縮機車室１１０と、圧縮機車室１１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口１１２と、圧縮機車室１１０及び後述するタービン車室１２２を共に貫通するように設けられたロータシャフト１０８と、圧縮機車室１１０内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、空気取入口１１２側に設けられた入口案内翼１１４と、圧縮機車室１１０側に固定された複数の圧縮機静翼１１６と、圧縮機静翼１１６に対して交互に配列されるようにロータシャフト１０８に植設された複数の圧縮機動翼１１８と、を含む。なお、圧縮機１０２は、不図示の抽気室等の他の構成要素を備えていてもよい。このような圧縮機１０２において、空気取入口１１２から取り込まれた空気は、複数の圧縮機静翼１１６及び複数の圧縮機動翼１１８を通過して圧縮されることで圧縮空気が生成される。そして、圧縮空気は圧縮機１０２から後段の燃焼器１０４に送られる。
【００３４】
燃焼器１０４は、ケーシング（燃焼器車室）１２０内に配置される。図１に示すように、燃焼器１０４は、ケーシング１２０内にロータシャフト１０８を中心として環状に複数配置されていてもよい。燃焼器１０４には燃料と圧縮機１０２で生成された圧縮空気とが供給され、燃料を燃焼させることによって、タービン１０６の作動流体である高温高圧の燃焼ガスを発生させる。そして、燃焼ガスは燃焼器１０４から後段のタービン１０６に送られる。
【００３５】
タービン１０６は、タービン車室（ケーシング）１２２と、タービン車室１２２内に配置された各種のタービン翼と、を備える。各種のタービン翼は、タービン車室１２２側に固定された複数のタービン静翼１２４と、タービン静翼１２４に対して交互に配列されるようにロータシャフト１０８に植設された複数のタービン動翼１と、を含む。タービン動翼１は、タービン静翼１２４とともにタービン車室１２２内を流れる高温高圧の燃焼ガスから回転駆動力を発生させるように構成される。この回転駆動力はロータシャフト１０８に伝達される。なお、タービン動翼１の具体的な構成例については後述する。また、タービン１０６は、出口案内翼等の他の構成要素を備えていてもよい。上記構成を有するタービン１０６においては、燃焼ガスが複数のタービン静翼１２４及び複数のタービン動翼１を通過することでロータシャフト１０８が回転駆動する。これにより、ロータシャフト１０８に連結された発電機が駆動されるようになっている。
【００３６】
タービン車室１２２の下流側には、排気車室１２８を介して排気室１２９が連結されている。タービン１０６を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室１２８及び排気室１２９を通って外部へ排出される。
【００３７】
図２は、一実施形態のタービン動翼１の内部断面図であり、図３は、一実施形態のタービン動翼１を図２のＡ方向、すなわちロータシャフト１０８の径方向外側から見た断面図である。一実施形態のタービン動翼１はシャンク部２と翼部３とを備えており、翼部３が高温高圧の燃焼ガスに曝される。
【００３８】
翼部３は、腹側の壁部（腹側壁）１３と、背側の壁部（背側壁）１４とを有する。図３に示すように、ロータシャフト１０８の径方向から見たときに、腹側壁１３と背側壁１４とは、前縁１８において接続されており、後縁１９において離間している。
【００３９】
翼部３には、対向する腹側壁１３の内壁面１３ａと背側壁１４の内壁面１４ａとの間に冷却媒体としての冷却空気を流す前縁側蛇行型冷却通路６と後縁側蛇行型冷却通路７が形成されている。
具体的には、翼部３の内部には隔壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅが設けられており、隔壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅと腹側壁１３と背側壁１４とによって囲まれた冷却通路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇが形成される。
【００４０】
前縁側蛇行型冷却通路６は、後縁側蛇行型冷却通路７よりも前縁１８側に設けられた冷却通路であり、冷却通路４ａ，４ｂ，４ｃを含む。冷却通路４ａと冷却通路４ｂとは転向部５ａによって接続され、冷却通路４ｂと冷却通路４ｃとは転向部５ｂによって接続されている。
前縁側蛇行型冷却通路６の冷却空気の入口６ａはタービン動翼１の根元側に設けられ、冷却空気の出口６ｂは翼部３の外周側（先端側）の端部に設けられている。
【００４１】
後縁側蛇行型冷却通路７は、前縁側蛇行型冷却通路６よりも後縁１９側に設けられた冷却通路であり、冷却通路４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇを含む。冷却通路４ｄと冷却通路４ｅとは転向部５ｃによって接続され、冷却通路４ｅと冷却通路４ｆとは転向部５ｄによって接続されている。冷却通路４ｇは、冷却通路４ｆの後縁１９側に接続されている。
後縁側蛇行型冷却通路７の冷却空気の入口７ａはタービン動翼１の根元側に設けられ、冷却空気の出口７ｂは翼部３の後縁１９に設けられている。冷却空気の出口７ｂは、冷却通路４ｇにおける冷却空気の流れに対する下流側の端部である。
【００４２】
各蛇行型冷却通路６，７内には、冷却空気への熱伝達を促進するための堰状のリブ１２が複数設けられている。また、後縁側蛇行型冷却通路７において冷却空気の流れに対して最も下流側の冷却通路４ｇには、後で詳述する、冷却空気への熱伝達を促進するためのピンフィン２０１を複数有するピンフィン群２００が設けられている。
【００４３】
タービン動翼１に供給される冷却空気には、例えば、圧縮機１０２から抽気した圧縮空気が利用される。
前縁側蛇行型冷却通路６では、入口６ａから流入した冷却空気は、冷却通路４ａ，４ｂ，４ｃを順に流れることで翼部３の先端側と根元側との間で蛇行し、出口６ｂからタービン動翼１の外部に流出する。
後縁側蛇行型冷却通路７では、入口７ａから流入した冷却空気は、冷却通路４ｄ，４ｅ，４ｆを順に流れることで翼部３の先端側と根元側との間で蛇行し、冷却通路４ｇを後縁１９側に向かって流れ、出口７ｂからタービン動翼１の外部に流出する。
【００４４】
（ピンフィン群２００について）
図４は、一実施形態の冷却通路４ｇを冷却空気の流れの上流側から下流側に向かって見たときの翼部３の断面の一部を示す図であり、図５は、一実施形態の冷却通路４ｇ内に設けられているピンフィン群２００の一部についての斜視図である。なお、ピンフィン群２００を構成する各ピンフィン２０１の形状の理解を容易にするために、図４及び後で説明する各図において、実際には表れないワイヤーフレームの線を併用してピンフィン２０１の外形を表すことがある。
一実施形態のピンフィン２０１は、腹側壁１３の内壁面１３ａから背側壁１４の内壁面１４ａに向かって突出する第１突部２１０と、背側壁１４の内壁面１４ａから腹側壁１３の内壁面１３ａに向かって突出する第２突部２２０とを備える。一実施形態では、第１突部２１０及び第２突部２２０は、腹側壁１３の内壁面１３ａと背側壁１４の内壁面１４ａとの中間面３１、すなわち、内壁面１３ａと内壁面１４ａとの中間に位置する仮想の面までそれぞれ延在し、第１突部２１０の先端面２１１と、第２突部２２０の先端面２２１とが中間面３１において接続されている。すなわち、一実施形態では、第１突部２１０と第２突部２２０とによってピンフィン２０１が一体的に形成されている。
一実施形態では、ピンフィン２０１は、中間面３１に関して第１突部２１０と第２突部２２０とが対称である。
【００４５】
図６は、第１突部２１０の斜視図である。
説明の便宜上、冷却空気の流れ方向に沿った方向であって、第１及び第２突部２１０，２２０のそれぞれの先端面２１１，２２１における最大寸法ＬＣｍａｘ（図６参照）を規定する方向をｘ方向とし、内壁面１３ａ，１４ａ（図４参照）に沿った方向であってｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。また、中間面３１に直交する方向をｚ方向とする。
上述のように定めたｘ、ｙ、ｚ方向を図４以降の各図において方向を表す際に用いることとする。
また、第１及び第２突部２１０，２２０のそれぞれにおいて、ｘ方向における寸法を長さ寸法又は単に長さと呼び、ｙ方向における寸法を幅寸法又は単に幅と呼び、ｚ方向における寸法を高さ寸法又は単に高さと呼ぶ。また、以下の説明では、ｘ方向を長さ方向とも呼び、ｙ方向を幅方向とも呼び、ｚ方向を高さ方向とも呼ぶ。
【００４６】
一実施形態では、中間面３１に関して第１突部２１０と第２突部２２０とが対称であるので、第１突部２１０の先端面２１１における最大寸法ＬＣｍａｘを規定する方向と、第２突部２２０の先端面２２１における最大寸法ＬＣｍａｘを規定する方向とが一致している。しかし、後述する作用効果を奏する範囲内であれば、第１突部２１０の先端面２１１における最大寸法ＬＣｍａｘを規定する方向と、第２突部２２０の先端面２２１における最大寸法ＬＣｍａｘを規定する方向とがずれていてもよい。
また、一実施形態では、第１突部２１０と第２突部２２０とが中間面３１を境にｘ方向及びｙ方向にずれていないが、後述する作用効果を奏する範囲内であれば、第１突部２１０と第２突部２２０とが中間面３１を境にｘ方向やｙ方向にずれていてもよい。
【００４７】
一実施形態では、第１突部２１０は、内壁面１３ａから所定の高さ寸法の範囲内の部位である基端部２１２と、中間面３１から所定の高さ寸法の範囲内の部位である中間部２１３とを備える（図４，６参照）。以下の説明では、基端部２１２が内壁面１３ａから立ち上がる部分、すなわち基端部２１２の最も内壁面１３ａ側の位置における第１突部２１０の断面を基端面２１４と呼ぶ。また、以下の説明では、第１突部２１０の先端面２１１の外縁と基端面２１４の外縁とを接続する面を側面２１５と呼ぶ。
同様に、第２突部２２０は、内壁面１４ａから所定の高さ寸法の範囲内の部位である基端部２２２と、中間面３１から所定の高さ寸法の範囲内の部位である中間部２２３とを備える。以下の説明では、基端部２２２が内壁面１４ａから立ち上がる部分、すなわち基端部２２２の最も内壁面１４ａ側の位置における第２突部２２０の断面を基端面２２４と呼ぶ。また、以下の説明では、第２突部２２０の先端面２２１の外縁と基端面２２４の外縁とを接続する面を側面２２５と呼ぶ。
【００４８】
（第１及び第２突部２１０，２２０の形状について）
以下、主に図６，７，８を参照して、一実施形態の第１突部２１０の形状について説明する。なお、上述したように、一実施形態の第２突部２２０が一実施形態の第１突部２１０と中間面３１に関して対称であるので、第２突部２２０の形状の説明については省略する。
図７は、一実施形態の第１突部２１０をｚ方向から見たときの断面を表す図であり、図７（ａ）は、先端面２１１の形状を表し、図７（ｂ）は、基端面２１４の形状を表す。図８は、第１突部２１０をｚ方向から見た図である。
【００４９】
（１）先端面２１１
図７（ａ）に示すように、一実施形態の先端面２１１は、冷却空気の流れの上流側の上流部２１１ｆ及び下流側の下流部２１１ｒが外側に向かって凸となる、丸みを帯びた形状を呈する。なお、上流部２１１ｆ及び下流部２１１ｒが外側に向かって凸となる、角張った形状を呈していてもよい。
上述したように、一実施形態の第１突部２１０では、先端面２１１における長さ寸法のうち、幅方向の中間位置における長さ寸法が最大寸法ＬＣｍａｘとなる。
なお、先端面２１１の形状の理解を容易にするために、図７（ａ）において、最大寸法ＬＣｍａｘを直径とする仮想の円Ｃ１を２点鎖線で表す。
一実施形態では、先端面２１１における幅寸法は、最大寸法ＬＣｍａｘよりも小さく、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置ＯＣよりも冷却空気の流れの下流側、すなわち、図７（ａ）の右側において最大値ＷＣｍａｘをとる。
一実施形態では、先端面２１１は、中間位置ＯＣを含みｘ方向に延在する線分ＣＬｃを対称軸として線対称である。
【００５０】
（２）基端面２１４
図７（ｂ）に示すように、一実施形態の基端面２１４は、冷却空気の流れの上流側の上流部２１４ｆ及び下流側の下流部２１４ｒが外側に向かって凸となる、丸みを帯びた形状を呈する。なお、上流部２１４ｆ及び下流部２１４ｒが外側に向かって凸となる、角張った形状を呈していてもよい。
なお、基端面２１４の形状の理解を容易にするために、図７（ｂ）において、長さ方向の最大寸法ＬＢｍａｘを直径とする仮想の円Ｃ２を２点鎖線で表す。なお、一実施形態では、基端面２１４の長さ方向の最大寸法ＬＢｍａｘは、先端面２１１における長さ方向の最大寸法ＬＣｍａｘと等しい。したがって、円Ｃ２と図７（ａ）における円Ｃ１とは、直径が等しい。
一実施形態では、基端面２１４における幅寸法は、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置ＯＢよりも冷却空気の流れの上流側、すなわち、図７（ｂ）の左側において最大値ＷＢｍａｘをとる。
一実施形態では、基端面２１４は、中間位置ＯＢを含みｘ方向に延在する線分ＣＬｂを対称軸として線対称である。
【００５１】
一実施形態の第１突部２１０の形状についてさらに説明する。
一実施形態では、図８に示すように、先端面２１１の中間位置ＯＣと基端面２１４の中間位置ＯＢとは、ｚ方向から見たときの位置が一致する。
例えば図６に示すように、一実施形態の第１突部２１０の側面２１５は、先端面２１１及び基端面２１４の外縁同士をなだらかに接続する面で形成されている。なお、後述する作用効果を奏する範囲内であれば、側面２１５に角張った領域が存在してもよい。
【００５２】
一実施形態の基端部２１２では、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの上流側の第１位置において、幅寸法が最大となる。なお、図７（ｂ）、図８において符号Ｐ１を付して表したｘ方向の位置は、基端面２１４における第１位置である。
なお、一実施形態では、上述したように、側面２１５が形状の異なる先端面２１１と基端面２１４との外縁同士をなだらかに接続する面で形成されていることから、基端部２１２におけるｘｙ平面と平行な面で切断した断面の形状は、ｚ方向の位置によって異なる。また、一実施形態では、基端部２１２における第１位置は、ｚ方向の位置によって異なる。
なお、ｚ方向の位置にかかわらず、基端部２１２におけるｘｙ平面と平行な面で切断した断面の形状が同じであってもよい。この場合、基端部２１２における第１位置は、ｚ方向の位置にかかわらず１か所に定まる。
【００５３】
一実施形態の中間部２１３は、上記第１位置において、基端部２１２よりも小さい幅寸法を有する。また、中間部２１３では、上記第１位置よりも冷却空気の流れの下流側の第２位置において、幅寸法が最大となる。また、中間部２１３の幅寸法は、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの下流側において最大となる。
なお、図７（ａ）、図８において符号Ｐ２を付して表したｘ方向の位置は、先端面２１１における第２位置である。一実施形態では、上述したように、側面２１５が形状の異なる先端面２１１と基端面２１４との外縁同士をなだらかに接続する面で形成されていることから、中間部２１３におけるｘｙ平面と平行な面で切断した断面の形状は、ｚ方向の位置によって異なる。また、一実施形態では、中間部２１３における第２位置は、ｚ方向の位置によって異なる。
なお、ｚ方向の位置にかかわらず、中間部２１３におけるｘｙ平面と平行な面で切断した断面の形状が同じであってもよい。この場合、中間部２１３における第２位置は、ｚ方向の位置にかかわらず１か所に定まる。
【００５４】
図６，８に示すように、中間部２１３の幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部２１２の幅寸法と同じか、基端部２１２の幅寸法よりも小さい。より具体的には、中間部２１３の幅寸法は、冷却空気の流れに沿ったある位置よりも上流側では、基端部２１２の幅寸法よりも小さく、該位置よりも下流側では、基端部２１２の幅寸法と略等しい。
【００５５】
図９は、ピンフィン群２００における複数のピンフィン２０１の配置について説明する図であり、中間面３１で切断したピンフィン群２００を背側壁１４側から見た図である。
一実施形態のピンフィン群２００では、複数のピンフィン２０１が、規則的に配置されている。具体的には、ピンフィン群２００は、ピンフィン２０１、すなわち第１突部２１０及び図９において不図示の第２突部２２０がｙ方向に沿って所定のピッチＰｙで配置された第１ピンフィン列２０２及び第２ピンフィン列２０３を備える。
第１ピンフィン列２０２と第２ピンフィン列２０３とは、ｘ方向に所定のピッチＰｘで繰り返し配置されている（図５，９参照）。第１ピンフィン列２０２の各ピンフィン２０１と第２ピンフィン列２０３の各ピンフィン２０１とは、所定のずれ量Ｄ＝０．５Ｐｙでｙ方向にずれて配置されている。
【００５６】
一実施形態のピンフィン群２００では、各ピンフィン２０１の先端面２１１における幅寸法の最大値（最大寸法ＬＣｍａｘ）の１／２をＲｃとすると、Ｄ−２Ｒｃ＞０の関係を満たす（図９参照）。そのため、一実施形態のピンフィン群２００では、第１ピンフィン列２０２及び第２ピンフィン列２０３をｘ方向に投影した場合に、図４に示すように、少なくとも中間面３１において第１ピンフィン列２０２と第２ピンフィン列２０３とがオーバーラップしない非オーバーラップ領域３２が形成される。
【００５７】
また、一実施形態のピンフィン群２００では、各ピンフィン２０１の基端部２１２における幅寸法の最大値（最大値ＷＢｍａｘ）の１／２をＲｂとすると、Ｄ−２Ｒｂ＜０の関係を満たす（図９参照）。そのため、一実施形態のピンフィン群２００では、第１ピンフィン列２０２及び第２ピンフィン列２０３をｘ方向に投影した場合に、図４に示すように、基端部２１２，２２２の少なくとも一部において第１ピンフィン列２０２と第２ピンフィン列２０３とがオーバーラップするオーバーラップ領域３３が形成される。
【００５８】
次に、上述した一実施形態のピンフィン群２００が設けられた冷却通路４ｇ内での冷却空気の流れと、一実施形態のピンフィン群２００によって冷却空気による冷却効果が向上する理由について、図８，１０，１１を参照して説明する。
図１０は、一実施形態の冷却通路４ｇをｙ方向に沿って見たときの翼部３の断面の一部を模式的に示す図である。図１１は、ピンフィン２０１の近傍における冷却空気の流れを表す図であり、図１１（ａ）は、先端面２１１の近傍、すなわち中間面３１の近傍における冷却空気の流れを矢印４５，４６によって表す図であり、図１１（ｂ）は、基端面２１４の近傍、すなわち、内壁面１３ａの近傍における冷却空気の流れを矢印４７，４８によって表す図である。
【００５９】
図８に示すように、一実施形態のピンフィン群２００では、各ピンフィン２０１の基端部２１２，２２２の幅寸法が、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置ＯＢよりも冷却空気の流れの上流側の第１位置において最大となる。したがって、図１０の矢印４１で示すように、内壁面１３ａ，１４ａに沿って流れる冷却空気が第１位置に向かうにつれて、矢印４２で示すように、それぞれ内壁面１３ａ，１４ａから中間面３１側に向かうように誘導される。なお、図１０では、第１位置として基端面２１４，２２４における第１位置Ｐ１を図示している。
【００６０】
一実施形態では、上述したように、第１位置よりも下流側では基端部２１２，２２２の幅寸法が小さくなるので、上述したように先端面２１１，２２１側（中間面３１側）に向かって誘導された冷却空気は、第１位置を通過すると、矢印４３で示すように、中間面３１側から内壁面１３ａ，１４ａ側に向かうように流れの向きが変化し、矢印４４で示すように、内壁面１３ａ，１４ａ側に向かって流れる。
一実施形態では、上述したように、中間部２１３，２２３の幅寸法が第１位置よりも冷却空気の流れの下流側の第２位置において最大となる。したがって、第１位置を通過した冷却空気の上述した流れの向きの変化を促進する。なお、図１０では、第２位置として先端面２１１，２２１における第２位置Ｐ２を図示している。
このようにして、一実施形態では、冷却空気の流れ方向と直交する方向、すなわちｚ方向へ冷却空気が移動することで冷却空気の混合が促進される。
【００６１】
仮に、冷却空気の混合が促進されず、冷却空気が内壁面１３ａ，１４ａに沿って層流を形成するように流れていった場合、内壁面１３ａ，１４ａの表面近傍を流れる冷却空気の温度が上昇することで内壁面１３ａ，１４ａから冷却空気への熱伝達が下流側で低下するおそれがある。
しかし、一実施形態のピンフィン群２００によれば、上述したように、冷却空気の流れ方向と直交する高さ方向へ冷却空気が移動することで冷却空気の混合が促進されるので、内壁面１３ａ，１４ａの表面近傍を流れる冷却空気の温度上昇を抑制できる。これにより、内壁面１３ａ，１４ａから冷却空気への熱伝達が下流側で低下することを抑制できるので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００６２】
また、一実施形態のピンフィン群２００では、第１及び第２突部２１０，２２０から冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
すなわち、一般的に、冷却媒体の流れに対して直交する方向に延在する柱状部材では、冷却媒体の流れの上流側では柱状部材の表面における冷却媒体の流速が速いため冷却媒体への熱伝達が良好であるが、冷却媒体の流れの下流側では柱状部材の表面から冷却媒体の流れが剥離して冷却媒体の流速が低下するため冷却媒体への熱伝達が良好ではない。
しかし、一実施形態のピンフィン２０１では、中間部２１３，２２３の幅寸法が第１位置よりも冷却空気の流れの下流側の第２位置において最大となる。これにより、中間部２１３，２２３において冷却空気の流速が低下する領域を縮小できる。換言すると、図１１（ａ）の矢印５１で示すように、中間部２１３，２２３の上流側の表面において冷却空気の流速が速い領域、すなわち熱伝達が良好となる領域を相対的に拡大できる。
特に、一実施形態では、中間部２１３，２２３の幅寸法は、長さ寸法の中間位置ＯＢ，ＯＣよりも冷却空気の流れの下流側において最大となるので、中間部２１３，２２３において上述したような冷却空気の流速が低下する領域をさらに縮小でき、熱伝達が良好となる領域をさらに拡大できる。
したがって、一実施形態のピンフィン群２００では、ピンフィン２０１の中間部２１３，２２３において冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００６３】
さらに、一実施形態のピンフィン群２００では、図１０の矢印４２で示すように中間面３１側に向かって誘導された冷却空気は、第１位置を通過すると、図１０の矢印４３で示すように中間面３１側から内壁面１３ａ，１４ａ側に向かうように流れの向きが変化する。そのため、中間面３１側から内壁面１３ａ，１４ａ側に向かう冷却空気が、図１０の矢印４４及び図１１（ｂ）の矢印４８で示すように基端部２１２，２２２の第１位置よりも下流側の表面に沿って流れる。これにより、図１１（ｂ）の矢印５３で示した領域、すなわち、基端部２１２，２２２の第１位置よりも下流側の表面において、冷却空気の流速低下を抑制でき、冷却空気へ熱を良好に伝達できる。
したがって、一実施形態のピンフィン群２００では、ピンフィン２０１の基端部２１２，２２２において冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
なお、図１１（ｂ）の矢印５２で示した領域は、基端部２１２，２２２の上流側の表面において矢印４７で示した冷却空気の流速が速く、熱伝達が良好な領域である。
【００６４】
一実施形態のピンフィン群２００では、中間部２１３，２２３の幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部２１２，２２２の幅寸法と同じか、基端部２１２，２２２の幅寸法よりも小さい。これにより、中間部２１３，２２３の近傍で冷却空気が下流側に向かって流れやすくなるので、上述したように中間面３１側に向かって誘導された冷却空気が下流に向かって流れやすくなり、冷却空気の圧力損失を低減できる。これにより、冷却空気の流量低下を抑制できるので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００６５】
一実施形態のピンフィン群２００では、第１突部２１０と第２突部２２０とは、中間面３１に関して対称である。これにより、冷却通路４ｇを流れる冷却空気の流れも中間面３１に関して対称となるので、腹側壁１３及び背側壁１４の双方を効率的に冷却できる。
【００６６】
一実施形態のピンフィン群２００では、第１突部２１０と第２突部２２０とは、先端面２１１，２２１同士で接続されている。これにより、先端面２１１，２２１同士が接続された第１及び第２突部２１０，２２０が腹側壁１３及び背側壁１４の補強部材としての役割を果たすので、腹側壁１３及び背側壁１４の強度を向上できる。
【００６７】
一実施形態のピンフィン群２００は、ｙ方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィン２０１を含む第１ピンフィン列２０２と、第１ピンフィン列２０２に対してｘ方向における冷却空気の流れの下流側において、ｙ方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィン２０１を含む第２ピンフィン列２０３と含む。
すなわち、一実施形態のピンフィン群２００では、ｙ方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィン２０１を含むピンフィン列がｘ方向に複数列存在するので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００６８】
一実施形態のピンフィン群２００では、上述したように、図９を用いて説明した各寸法がＤ−２Ｒｃ＞０の関係を満たす。そのため、一実施形態のピンフィン群２００では、第１ピンフィン列２０２及び第２ピンフィン列２０３をｘ方向に投影した場合に、図４に示すように、非オーバーラップ領域３２が形成される。これにより、冷却空気の圧力損失を低減できるので、冷却空気の流量低下を抑制でき、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００６９】
一実施形態のピンフィン群２００では、上述したように、図９を用いて説明した各寸法がＤ−２Ｒｂ＜０の関係を満たす。そのため、一実施形態のピンフィン群２００では、第１ピンフィン列２０２及び第２ピンフィン列２０３をｘ方向に投影した場合に、図４に示すように、オーバーラップ領域３３が形成される。
上述したように、冷却空気は、第１及び第２突部２１０，２２０の基端部２１２，２２２の近傍を通過する際に、図１０の矢印４２で示すように、内壁面１３ａ，１４ａから中間面３１側に向かうように誘導され、その後、矢印４３，４４で示すように、中間面３１側から内壁面１３ａ，１４ａ側に向かうように誘導されることで混合が促進される。
一実施形態のピンフィン群２００では、上述したオーバーラップ領域３３が存在することで、上述したような冷却空気の混合が第１及び第２ピンフィン列２０２，２０３を通過するたびに繰り返される。したがって、内壁面１３ａ，１４ａの表面近傍を流れる冷却空気の温度を下げることができるので、内壁面１３ａ，１４ａから冷却空気への熱伝達が良好となり、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００７０】
一実施形態に係るタービン動翼１は、内壁面１３ａ，１４ａの間に形成される冷却通路４ｇを内部に有するタービン翼であって、冷却通路４ｇには、一実施形態のピンフィン群２００が設けられる。これにより、タービン動翼１の腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００７１】
なお、一実施形態のタービン動翼１は、例えばロストワックス精密鋳造によって安価に製造できる。
すなわち、例えば、タービン動翼１をロストワックス精密鋳造によって製造する場合、ピンフィン群２００については、対向する腹側壁１３と背側壁１４とで挟まれた空間のうち、ピンフィン群２００を除いた空間、すなわち冷却空気が流れる領域と同形状の中子を用いてろう型を成型する。
一般的に、中子を製造する場合には、半割れの型を用いて製造するので、中子を半割れの型から抜くことができるようにしなければならず、中子の形状が制約を受ける。
【００７２】
図１２は、一実施形態のタービン動翼１の鋳造に用いるろう型を成型するための中子３００のうち、ピンフィン群２００に係る部分についての斜視図である。中子３００は、ろう型のろうが満たされる開口３０１を複数有する。この開口３０１の形状は、ピンフィン２０１の形状と同形状である。
図１３は、中子３００の製造に用いる半割れの型３５０の一部についての斜視図である。半割れの型３５０は、中子３００の開口３０１に対応する突部３５１を複数有する。半割れの型３５０の突部３５１の形状は、一実施形態の第１及び第２突部２１０，２２０の形状と同形状である。
【００７３】
一実施形態では、第１及び第２突部２１０，２２０は、中間部２１３，２２３の幅寸法が長さ方向の任意の位置において、基端部２１２，２２２の幅寸法と同じか、基端部２１２，２２２の幅寸法よりも小さい。したがって、半割れの型３５０の突部３５１は、第１及び第２突部２１０，２２０と同様に突出方向の先端側に向かうにつれて径が小さくなる。したがって、半割れの型３５０の突部３５１を中子３００の開口３０１から抜くことができるので、中子３００を容易に製造できる。したがって、一実施形態のタービン動翼１を鋳造によって安価に製造できる。
【００７４】
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。
（１）例えば、上述した一実施形態のピンフィン２０１の形状は一例であり、様々なバリエーションが存在する。そのバリエーションの一つを図１４に示す。図１４は、上述した一実施形態の第１突部２１０に対応する他の実施形態の第１突部２１０Ａの斜視図である。
第１突部２１０Ａは、一実施形態の第１突部２１０の先端面２１１、基端部２１２、中間部２１３、基端面２１４、及び側面２１５にそれぞれ対応する、先端面２１１Ａ、基端部２１２Ａ、中間部２１３Ａ、基端面２１４Ａ、及び側面２１５Ａを備える。
【００７５】
第１突部２１０Ａの基端部２１２Ａでは、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの上流側となる、ある位置において、幅寸法が最大となる。中間部２１３Ａは、該位置において、基端部２１２Ａよりも小さい幅寸法を有する。また、中間部２１３Ａでは、該位置よりも冷却空気の流れの下流側において、幅寸法が最大となる。また、中間部２１３Ａの幅寸法は、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの下流側において最大となる。中間部２１３Ａの幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部２１２Ａの幅寸法と同じか、基端部２１２Ａの幅寸法よりも小さい。
側面２１５Ａは、形状の異なる先端面２１１Ａと基端面２１４Ａとの外縁同士をなだらかに接続する面で形成されている。
【００７６】
第１突部２１０Ａでは、中間部２１３Ａにおいて、冷却空気の流れの上流側端から下流側に向かうにつれて、幅方向の長さ寸法は徐々に大きくなった後、徐々に小さくなり、再び大きくなって最大寸法をとる。換言すると、第１突部２１０Ａでは、中間部２１３Ａ近傍の側面２１５Ａにおいて、凹状となる凹状部２１６Ａが存在する。このように、第１突部２１０Ａに凹状部２１６Ａが存在していてもよく、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。
【００７７】
（２）上述した一実施形態では、第１突部２１０の先端面２１１と、第２突部２２０の先端面２２１とが中間面３１において接続されているが、第１突部２１０の先端面２１１と、第２突部２２０の先端面２２１とは離間していてもよい。第１突部２１０の先端面２１１と、第２突部２２０の先端面２２１とが離間している場合、各先端面２１１，２２１も冷却空気に接触するので、第１及び第２突部２１０，２２０における冷却空気との接触面積を増やすことができる。これにより、第１及び第２突部２１０，２２０から冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
なお、第１突部２１０の先端面２１１と、第２突部２２０の先端面２２１とが離間している場合、各先端面２１１，２２１は平面であってもよく、曲面であってもよい。
【００７８】
さらに、第１突部及び第２突部は、以下で説明するように上流側が幅方向に分岐していていてもよい。
図１５は、他の実施形態に係る第１突部２１０Ｂの斜視図である。
他の実施形態の第１突部２１０Ｂと不図示の第２突部とは、互いに対向した状態で、離間して配置されている。なお、他の実施形態に係る第２突部は、図１５に示した他の実施形態の第１突部２１０Ｂと中間面３１（図４参照）に関して対称であるので、第２突部の形状についての説明は省略する。
【００７９】
第１突部２１０Ｂは、冷却空気の流れ方向に沿ってそれぞれ延在する、中央側突部２６１と、一方側突部２６２と、他方側突部２６３とを有する。
説明の便宜上、冷却空気の流れ方向に沿った方向であって、中央側突部２６１が延在する方向をｘ方向とし、内壁面１３ａ，１４ａ（図４参照）に沿った方向であってｘ方向と直交する方向をｙ方向とし、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれに対して直交する方向をｚ方向とする。以下の説明では、上述した一実施形態の場合と同様に、ｘ方向における寸法を長さ寸法又は単に長さと呼び、ｙ方向における寸法を幅寸法又は単に幅と呼び、ｚ方向における寸法を高さ寸法又は単に高さと呼ぶ。また、以下の説明では、ｘ方向を長さ方向とも呼び、ｙ方向を幅方向とも呼び、ｚ方向を高さ方向とも呼ぶ。
【００８０】
図１６は、図１５における第１突部２１０Ｂの矢視断面図であり、図１６（ａ）は、図１５のｘ方向のａ位置における矢視断面図であり、図１６（ｂ）は、図１５のｘ方向のｂ位置における矢視断面図であり、図１６（ｃ）は、図１５のｘ方向のｃ位置における矢視断面図である。
図１５，１６に示すように、中央側突部２６１は、冷却空気の流れの上流側となる上流部２６１ａにおいて、ｘ方向と直交する方向の断面の断面積、すなわちｙｚ平面に平行な断面の断面積が、ｘ方向に沿って冷却空気の流れの下流側に向かうにつれて増加するように形成されている。また、中央側突部２６１の上流部２６１ａのｙ方向及びｚ方向の寸法は、冷却空気の流れの下流側となる下流部２６１ｂのｙ方向及びｚ方向の寸法よりも小さい。
中央側突部２６１は、ｘ方向に沿った寸法がｙ方向に沿った寸法よりも大きい。
【００８１】
一方側突部２６２は、中央側突部２６１の延在方向と交差する方向、すなわちｙ方向の一方側において中央側突部２６１と離間している。
また、他方側突部２６３は、ｙ方向の一方側とは反対側の他方側において中央側突部２６１と離間している。
【００８２】
冷却空気の流れの上流側となる、一方側突部２６２の上流部２６２ａ及び他方側突部２６３の上流部２６３ａは、ｘ方向に沿って延在する。冷却空気の流れの下流側となる、一方側突部２６２の下流部２６２ｂ及び他方側突部２６３の下流部２６３ｂは、それぞれ中央側突部２６１側に向かって延在していて、中央側突部２６１に接続している。
中央側突部２６１と、一方側突部２６２及び他方側突部２６３とが接続する接続範囲において、中央側突部２６１の延在方向と直交する方向の断面、すなわち、例えば図１６（ｂ）に示す断面において、中央側突部２６１は、一方側突部２６２及び他方側突部２６３よりも大きい高さ寸法を有する。
【００８３】
図１５に示すように、他の実施形態に係る第１突部２１０Ｂは、冷却空気の流れの上流側においてｘ方向に沿った少なくとも２つの切れ込み部２６７，２６８を有する。切れ込み部２６７は、一方側突部２６２と中央側突部２６１とによって挟まれた部分であり、冷却空気の流路となる。切れ込み部２６８は、他方側突部２６３と中央側突部２６１とによって挟まれた部分であり、冷却空気の流路となる。切れ込み部２６７，２６８の幅寸法は、高さ方向に向かって内壁面１３ａ（図１６参照）から離れるにつれて大きくなる。
【００８４】
他の実施形態に係る第１突部２１０Ｂは、内壁面１３ａから所定の高さ寸法の範囲内の部位である基端部２７２と、中央側突部２６１において高さ方向に最も高い高さ位置から所定の高さ寸法の範囲内の部位である中間部２７３とを備える。なお、他の実施形態に係る第１突部２１０Ｂにおいて、例えば基端部２７２は、内壁面１３ａから、一方側突部２６２及び他方側突部２６３における高さ方向に最も高い高さ位置までの部位である。また、他の実施形態に係る第１突部２１０Ｂにおいて、例えば、中間部２７３は、中央側突部２６１において高さ方向に最も高い高さ位置から、一方側突部２６２及び他方側突部２６３における高さ方向に最も高い高さ位置までの部位である。
【００８５】
図１７は、図１６（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
以下の説明では、基端部２７２が内壁面１３ａから立ち上がる部分、すなわち基端部２７２の最も内壁面１３ａ側の位置における第１突部２１０Ｂの断面を基端面２７４と呼ぶ。基端面２７４は、図１６（ｂ）のＢ−Ｂ矢視断面である。
図１７においてハッチングを施した領域は中間部断面２７７であり、図１６（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面、すなわち、中間部２７３の所定の高さ位置における第１突部２１０Ｂの断面である。
【００８６】
例えば図１５及び図１７に示すように、基端部２７２は、長さ寸法Ｌの中間位置Ｐ１０（図１７参照）よりも冷却空気の流れの上流側の第１位置において、幅寸法が最大となる。なお、図１７において符号Ｐ１１を付して表したｘ方向の位置は、基端面２７４における第１位置である。
中間部２７３は、上記第１位置において、基端部２７２よりも小さい幅寸法を有する。また、中間部２７３では、上記第１位置よりも冷却空気の流れの下流側の第２位置において、幅寸法が最大となる。また、中間部２７３の幅寸法は、長さ寸法Ｌの中間位置Ｐ１０よりも冷却空気の流れの下流側において最大となる。
なお、図１７において符号Ｐ１２を付して表したｘ方向の位置は、中間部断面２７７における第２位置である。
【００８７】
このように構成される他の実施形態の第１突部２１０Ｂの近傍を流れる冷却空気の流れについて、図１５を参照して説明する。
内壁面１３ａ（図４，１６参照）に沿って流れてきた冷却空気は、第１突部２１０Ｂに到達すると、矢印７１で示すように、中央側突部２６１と一方側突部２６２との間、及び中央側突部２６１と他方側突部２６３との間、すなわち、切れ込み部２６７，２６８に誘導される。
【００８８】
切れ込み部２６７，２６８の幅は、内壁面１３ａから離れるにつれて大きくなるので、切れ込み部２６７，２６８へ誘導された冷却空気は、内壁面１３ａから離れるように誘導される。
また、上述したように、一方側突部２６２の下流部２６２ｂ及び他方側突部２６３の下流部２６３ｂは、それぞれ中央側突部２６１側に向かって延在していて、中央側突部２６１に接続している。そのため、切れ込み部２６７，２６８に誘導された冷却空気は、矢印７２で示すように、内壁面１３ａから離れ、一方側突部２６２の下流部２６２ｂ及び他方側突部２６３の下流部２６３ｂに乗り上がる。
【００８９】
上述したように、中央側突部２６１と、一方側突部２６２及び他方側突部２６３とが接続する接続範囲において中央側突部２６１が一方側突部２６２及び他方側突部２６３よりも大きい高さ寸法を有する。また、中間部２７３は、上記第１位置において、基端部２７２よりも小さい幅寸法を有し、上記第１位置よりも冷却空気の流れの下流側の第２位置において、幅寸法が最大となる。
そのため、一方側突部２６２の下流部２６２ｂ及び他方側突部２６３の下流部２６３ｂに乗り上がった冷却空気は、矢印７３で示すように、各下流部２６２ｂ，２６３ｂをそれぞれ乗り越えて下流側へ流れる。
このように、冷却空気は、第１突部２１０Ｂの各下流部２６２ｂ，２６３ｂ、及び不図示の第２突部における、上記下流部２６２ｂ，２６３ｂに相当する部分を乗り越える際に冷却空気の流れ方向と直交する方向、すなわちｚ方向へ移動する。これにより、冷却空気の混合が促進されるので、内壁面１３ａ，１４ａから冷却空気へ効率的に熱が伝達され、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
また、中央側突部２６１のｘ方向に沿った寸法がｙ方向に沿った寸法よりも大きいので、上述した一実施形態における図１１（ａ）の矢印５１で示した領域と同様に、冷却空気の流速が速い領域、すなわち熱伝達が良好となる領域を、単なる円柱形状の突部と比較して相対的に拡大できる。これにより、冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００９０】
なお、上述した他の実施形態に係る第１突部２１０Ｂ及び不図示の第２突部では、上流側において幅方向に分岐した３つの部位である中央側突部２６１と、一方側突部２６２と、他方側突部２６３とを有している。しかし、第１突部及び第２突部の上流側における幅方向に分岐した部位の数は２つでもよく、４つ以上でもよい。
【００９１】
（３）上述した一実施形態では、ピンフィン２０１は、中間面３１に関して第１突部２１０と第２突部２２０とが対称である。すなわち、上述した一実施形態では、第１突部２１０と第２突部２２０とが同一形状である。しかし、上述した作用効果を奏する範囲内であれば、第１突部２１０と第２突部２２０とで形状が異なっていてもよい。
【００９２】
（４）上述した一実施形態では、ピンフィン群２００のすべてのピンフィンが上述した形状を呈するピンフィン２０１である。しかし、ピンフィン群２００の一部のピンフィンだけが上述した形状を呈するピンフィン２０１であってもよい。例えば、従来のピンフィンと同様に断面が円形である円柱上のピンフィン（通常ピンフィン）を冷却空気の流れの上流側に複数配置し、通常ピンフィンの下流側に上述した一実施形態のピンフィン２０１を複数配置してもよい。
冷却空気の流れの上流側では、冷却空気と腹側壁１３及び背側壁１４との温度差が大きいので、通常ピンフィンであっても腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。しかし、冷却空気の流れの下流側では、腹側壁１３及び背側壁１４から奪った熱によって冷却空気の温度が上昇するため、下流側に向かうにつれて腹側壁１３及び背側壁１４との温度差が小さくなり、冷却効率は低下する。しかし、冷却空気に熱を効率的に伝達できる複数のピンフィン２０１を複数の通常ピンフィンよりも、冷却空気の流れの下流側に設けることで、冷却空気の流れの下流側においても腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００９３】
（５）一実施形態では、先端面２１１における幅寸法は、図７（ａ）に示すように、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置ＯＣよりも冷却空気の流れの下流側において最大値ＷＣｍａｘをとる。しかし、先端面２１１における幅寸法が最大寸法となる位置は、図７（ｂ）に示した上述した第１位置Ｐ１よりも下流側であれば、中間位置ＯＣよりも冷却空気の流れの上流側であってもよい。この場合であっても、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００９４】
（６）上述した一実施形態では、図６，８に示すように、中間部２１３の幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部２１２の幅寸法と同じか、基端部２１２の幅寸法よりも小さい。しかし、中間部２１３の幅寸法は、長さ方向の一部の位置において、基端部２１２の幅寸法よりも大きくてもよい。中間部２１３の幅寸法が、長さ方向の一部の位置において、基端部２１２の幅寸法よりも大きくても、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
なお、この場合には、図１３に示した半割れの型３５０の突部３５１を図１２に示した中子３００の開口３０１から抜くことが難しい。しかし、図１３に示した半割れの型３５０を用いるのではなく、たとえば、３Ｄプリンターのような製造装置を用いて中子３００を製造してもよい。したがって、中間部２１３の幅寸法が、長さ方向の一部の位置において、基端部２１２の幅寸法よりも大きくても、上述した一実施形態と同様に、タービン動翼１を鋳造によって安価に製造できる。
【００９５】
（７）上述した一実施形態のピンフィン群２００では、第１ピンフィン列２０２及び第２ピンフィン列２０３をｘ方向に投影した場合に、図４に示すように、非オーバーラップ領域３２が形成される。しかし、非オーバーラップ領域３２が形成されなくてもよい。非オーバーラップ領域３２が形成されない場合であっても、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００９６】
（８）上述した一実施形態のピンフィン群２００では、第１ピンフィン列２０２及び第２ピンフィン列２０３をｘ方向に投影した場合に、図４に示すように、オーバーラップ領域３３が形成される。しかし、オーバーラップ領域３３が形成されなくてもよい。オーバーラップ領域３３が形成されない場合であっても、腹側壁１３及び背側壁１４を効率的に冷却できる。
【００９７】
（９）上述した一実施形態では、タービン動翼１が一実施形態のピンフィン群２００を備えている。しかし、タービン静翼１２４が一実施形態のピンフィン群２００と同様のピンフィン群を備えていてもよい。
また、タービン動翼１やタービン静翼１２４以外の冷却対象物が一実施形態のピンフィン群２００と同様のピンフィン群を備えていてもよい。すなわち、例えば柱状のピンフィンを用いて気体や液体と熱の伝達を行っている従来の装置において、該ピンフィンに代えて一実施形態のピンフィン２０１を適用してもよい。
なお、冷却媒体は空気に限らず、各種の気体や液体を用いてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１  タービン動翼
３  翼部
４  冷却通路
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ  冷却通路
６  前縁側蛇行型冷却通路
７  後縁側蛇行型冷却通路
１３  腹側の壁部（腹側壁）
１３ａ  内壁面
１４  背側の壁部（背側壁）
１４ａ  内壁面
３１  中間面
１００  ガスタービン
２００  ピンフィン群
２０１  ピンフィン
２０２  第１ピンフィン列
２０３  第２ピンフィン列
２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ  第１突部
２１１  先端面
２１２  基端部
２１３  中間部
２１４  基端面
２１１Ａ  先端面
２１２Ａ  基端部
２１３Ａ  中間部
２１４Ａ  基端面
２２０  第２突部
２２１  先端面
２２２  基端部
２２３  中間部
２２４  基端面
２６１  中央側突部
２６２  一方側突部
２６３  他方側突部
２６７，２６８  切れ込み部
【図１】
2019078224.tif 000003
【図２】
2019078224.tif 000004
【図３】
2019078224.tif 000005
【図４】
2019078224.tif 000006
【図５】
2019078224.tif 000007
【図６】
2019078224.tif 000008
【図７】
2019078224.tif 000009
【図８】
2019078224.tif 000010
【図９】
2019078224.tif 000011
【図１０】
2019078224.tif 000012
【図１１】
2019078224.tif 000013
【図１２】
2019078224.tif 000014
【図１３】
2019078224.tif 000015
【図１４】
2019078224.tif 000016
【図１５】
2019078224.tif 000017
【図１６】
2019078224.tif 000018
【図１７】
2019078224.tif 000019