(57)【要約】例えば、ガスタービンエンジン（１０）に使用される作動ガスにさらされる伝熱面（２０）上に用いられるディンプル（３０）であって、該ディンプル（３０）は非球形の形状を有する。ディンプル（３０）はまた、トーラスの切片として、２つのくさびの切片として形成され、平坦な底面を有する。ディンプルの最大直径に対する最大深さの比は０．２未満である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に高温の流体流にさらされる、タービン部分と、
前記タービン部分内に配置され、面を有する少なくとも１つの冷却通路と、
前記面上に設けられた複数の非球形のディンプルと、
を含んでなることを特徴とする、ガスタービンエンジン部品。
【請求項２】
前記ディンプルの少なくとも１つが、概して環状リムを有し、該リムは前記ディンプルと前記面との間の境界面であることを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項３】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、概して環状リムを有し、該リムは前記ディンプルと前記面との間の境界面であることを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項４】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、０．２未満である最大深さと最大直径との間の比を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項５】
前記比が実質的に０．１に等しいことを特徴とする、請求項４記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項６】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項７】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的にトーラスの切片として形成された底面を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項８】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有する２つのくさびとして形成された底面を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項９】
そこを通る冷却流体流を方向付けるよう適合された、少なくとも１つの内側冷却通路を内部に有する、ガスタービンエンジンに使用されるエアフォイルであって、
前記通路の少なくとも１つの内側面上に設けられた複数の非球形のディンプルを含んでなることを特徴とするエアフォイル。
【請求項１０】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して環状リムを有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１１】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して非環状リムを有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１２】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、０．２未満である最大深さと最大直径との間の比を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１３】
前記比が実質的に０．１に等しいことを特徴とする、請求項１２記載のエアフォイル。
【請求項１４】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１５】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的にトーラスの切片として形成された底面を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１６】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有する２つのくさびとして形成された底面を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１７】
使用時に流れるガスにさらされる面上に使用される、非球形の形状を有する伝熱ディンプル。
【請求項１８】
前記ディンプルが、該ディンプルと前記面との間の境界面である、概して環状リムを有することを特徴とする、請求項１７記載の伝熱ディンプル。
【請求項１９】
前記ディンプルが、該ディンプルと前記面との間の境界面である、概して非環状リムを有することを特徴とする、請求項１７記載の伝熱ディンプル。
【請求項２０】
前記ディンプルが、０．２未満である最大深さと最大直径との間の比を有することを特徴とする、請求項１７記載の伝熱ディンプル。
【請求項２１】
前記比が実質的に０．１に等しいことを特徴とする、請求項２０記載の伝熱ディンプル。
【請求項２２】
前記ディンプルが実質的に平坦な底面を有することを特徴とする、請求項１７記載の伝熱ディンプル。
【請求項２３】
前記ディンプルが実質的にトーラスの切片として形成された底面を有することを特徴とする、請求項１７記載の伝熱ディンプル。
【請求項２４】
前記ディンプルが実質的に平坦な底面を有する２つのくさびとして形成された底面を有することを特徴とする、請求項１７記載の伝熱ディンプル。
【請求項２５】
ガスがその上を流れるときにそのガス中に乱流を形成する、ガスタービンエンジン内で使用される、複数の非球形のディンプルを含むよう形成された面。
【請求項２６】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して環状リムを有することを特徴とする、請求項２５記載の面。
【請求項２７】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して非環状リムを有することを特徴とする、請求項２５記載の面。
【請求項２８】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、０．２未満である最大深さと最大直径との間の比を有することを特徴とする、請求項２５記載の面。
【請求項２９】
前記比が実質的に０．１に等しいことを特徴とする、請求項２８記載の面。
【請求項３０】
前記ディンプルの少なくともいくつかが実質的に平坦な底面を有することを特徴とする、請求項２５記載の面。
【請求項３１】
前記ディンプルの少なくともいくつかが実質的にトーラスの切片として形成された底面を有することを特徴とする、請求項２５記載の面。
【請求項３２】
前記ディンプルの少なくともいくつかが実質的に平坦な底面を有する２つのくさびとして形成された底面を有することを特徴とする、請求項２５記載の面。
【請求項３３】
面上に複数の非球形のディンプルを設けるステップと、
上記面の全体にわたって、該面の温度とは異なる温度を有するガスを方向付けるステップと、
を含んでなることを特徴とする、伝熱を促進する方法。
【請求項３４】
前記ディンプルが、前記流れ中に増大した乱流を誘発することによって伝熱を促進することを特徴とする、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
面上に複数の非球形のディンプルを設けるステップと、
上記面全体にわたってガスを方向付けるステップと、
を含んでなることを特徴とする、ガスタービンエンジンの内側を流れるガス中に乱流を誘発する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、例えば、ガスタービンエンジンを冷却するのに使用されるような伝熱面に用いるために形成されたディンプルに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝熱技術において、ディンプルとは、面全体にわたるガス流の境界層中に局所的な乱流を形成または増幅するために、伝熱面上に設けられた小さい凹部である。ディンプルの多くは、概して同じ面上に設けられる。この乱流の目的の一つとは、ガスと、ディンプルが設けられた面との間の伝熱を増大することである。この技術は多くの場合に用いられるものであり、例えば、ガスタービンエンジン内の内側のエアフォイルの冷却や燃焼器の冷却などに用いられる。ディンプルはまた、別の目的に用いることもできるが、目的によってディンプルの位置や配置などが影響を受ける。
【０００３】
図３は、従来技術における典型的な伝熱ディンプルを例示している。このディンプルは半球形であり、したがってその底面は球体の切片として形成されている。この切片は、曲率半径ｒを有する底面からなる。最大深さ（δ）と最大直径（Ｄ）との間の比は、おおむね０．２以上である。
【０００４】
より効率的かつ信頼性の高いガスタービンエンジンが常に必要とされるため、その目標、例えば伝熱の分野における向上を達成可能な新たなる特徴および方法も常に必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施例において、本発明は、使用時に高温の流体流にさらされるタービン部分と、そのタービン部分内に設けられた少なくとも１つの面を有する冷却通路と、その面上に設けられた複数の非球形のディンプルと、を含んでなるガスタービンエンジン部品を提供する。
【０００６】
他の実施例において、本発明は、ガスタービンエンジンに使用されるエアフォイルであって、そこを通る冷却流体を方向付けるよう適合された少なくとも１つの内側冷却通路を内部に有し、その通路の少なくとも１つの内面上に設けられた複数の非球形のディンプルを含んでなるエアフォイルを提供する。
【０００７】
別の実施例において、本発明は、使用時に流れるガスにさらされる面上に用いられる、非球形を有する伝熱ディンプルを提供する。
【０００８】
その他の実施例において、本発明は、ガスがその上を流れるときにガス中に乱流を形成するようガスタービンエンジン内で使用するために形成された面であって、複数の非球形のディンプルを含んでなる面を提供する。
【０００９】
さらに別の実施例において、本発明は、伝熱を促進する方法であって、面上に複数の非球形のディンプルを設けるステップと、その面全体にわたってガスを方向付けるステップとからなり、該ガスは面の温度とは異なる温度を有する方法を提供する。
【００１０】
さらに別の実施例において、本発明は、ガスタービンエンジンの内部を流れるガス中に乱流を誘発する方法であって、面上に複数の非球形のディンプルを設けるステップと、該面全体にわたってガスを方向付けるステップとからなる方法を提供する。
【００１１】
本発明のこれらおよびその他の実施例のさらなる詳細は、以下の詳細な説明と図面とから明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、亜音速飛行での使用に好ましく提供される型のガスタービンエンジン１０を示しており、概して、流体的に直列に連通する、そこを通って周囲空気が推進されるファン１２と、その空気を圧縮する多段圧縮機１４と、内部で高温の燃焼ガスの環状流を形成するために、圧縮された空気が燃料と混合されて点火される燃焼器１６と、その燃焼ガスからエネルギを抽出するタービンセクション１８とからなる。この図は、本発明が使用可能な環境を例示している。
【００１３】
図２は、複数のディンプル３０が設けられた一般的な面２０を概略的に図示している。そのような面２０は、例えば、燃焼器１６のエアフォイルの内側冷却通路やある領域中など、ガスタービンエンジン１０の様々な部品に存在させることができる。図示した面２０は平坦であるように示されているが、ディンプル３０は、いずれの形状および形態の面２０上にも設けることが可能である。
【００１４】
ディンプル３０は小型で、通常浅い凹部である。これらは通常、配置される面２０の材料中に直接作製される。従来慣習的に、ディンプル３０は、球体の切片として形成されていた。図３は球形のディンプル３０´の例を示している。
【００１５】
ガスタービンエンジン１０の運転中、面２０上を流れるガスは、境界層を有し、その流れはディンプル３０の存在によって中断されることになる。その結果、ガス流中に乱流が出現するが、著しい圧力損失は生じない。これら乱流は、面２０付近のガス分子の渦を増大させ、それにより、ガスと面２０との間の伝熱効率を増大させることができる。
【００１６】
本発明者等により、球形のディンプル３０´（図３）と比較して乱流効率を増大させるのに非球形のディンプル３０を用いることが可能であることが見いだされた。これら非球形のディンプル３０は、異なる多数の実施例を有することができ、それらのいくつかを図４ａ〜図６ｃに示す。これら好ましい実施例のぞれぞれは、部品設計エンジニアの注意を引き得るいくつかの特殊性を有する。
【００１７】
図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは、好ましい一実施例による非球形のディンプル３０の断面を概略的に示している。図４ａは、例示目的のみのためにその形状が誇張された“不均衡な”ディンプルを示している。実際の好ましい実施例は、図４ｂに示されている。図４ｃは、図４ｂに示したディンプル３０の上面図を示している。ディンプル３０は、非環状リム３２から構成されることが好ましい。ディンプルの底面は、平坦でかつ傾斜していることが好ましい。所望の配向のいずれも用いることができるが、ガス流を考慮すると、傾斜は前縁側３６にあることが好ましい。底面３４は、ディンプル３０の後縁側４０において対応する傾斜壁３８と交差する。好ましくは、ディンプルの最大深さ（δ）対最大直径（Ｄ）の比は０．２未満であり、より好ましくは約０．１である。
【００１８】
図５ａ、図４ｂおよび図４ｃは、他の実施例による非球形のディンプル３０の断面を概略的に示している。図５ａは、例示目的の“不均衡な”ディンプル３０を示している。実際の好ましい実施例は、図５ｂに示されている。図５ｃは、図５ｂに示すディンプル３０の上面図を示している。ディンプル３０は、環状リム３２と、主要な面２０と同じ高さにある平坦な上面４４を備える中心環状隆起部４２とから構成されることが好ましい。隆起部４２は、好ましくはディンプル３０の直径の約４分の１である、直径Ｄ´を有する。ディンプル３０の底面３４は、実質的に、トーラス（または、ドーナツ状）の切片として形成される。好ましくは、ディンプルの最大深さ（δ）対最大直径（Ｄ）の比は０．２未満であり、より好ましくは約０．１である。
【００１９】
図６ａ、図４ｂおよび図４ｃは、さらに別の実施例による非球形のディンプル３０の断面を概略的に示している。図６ａは、例示目的の“不均衡な”ディンプル３０を示している。実際の好ましい実施例は、図６ｂに示されている。図６ｃは、図６ｂに示すディンプル３０の上面図を示している。ディンプル３０は、実質的に平坦な底面３４を有する２つのくさび形に形成されることが好ましい。所望の配向であればいずれを用いてもよいが、２つのくさびは、その先端がガス流の上流側に向かった矢印状の形を形成することが好ましい。ディンプル３０の底面３４は、実質的に平坦で傾斜しており、ガス流を考慮して前縁側３６から始まって後縁側４０までである。好ましくは、そのような矢印が位置する仮想の円５０の最大深さ（σ）対最大直径（Ｄ）の比は０．２未満であり、より好ましくは約０．１である。このディンプルは、他の場合ではそれ自体が環状リムを有する。
【００２０】
理解され得るように、非球形のディンプル３０により、エンジニア等が、ディンプル３０のいくつかを有する面上に流れるガスにさらされるときの伝熱を増大したり、あるいは効果的な乱流を誘発したりすることが可能な装置を設計することが可能となる。
【００２１】
上記説明は例示することのみを意図するものであり、当業者であれば、開示の本発明の範囲から逸脱することなく上述の実施例に対して変更を行うことが可能であることは理解するであろう。例えば、その他の非球形状を用いることができ、本明細書に開示の形状は単なる例示に過ぎない。それらの上にわたって流れる流れの方向に対する例示的なディンプルの配向は、所望するとおりであってよく、説明したとおりのものである必要はない。ディンプルの最大深さと最大直径との間の比は０．２またはそれ以上であってよいが、ディンプルがガスタービンの冷却用に組みこまれる際にはディンプルによって生じる圧力損失がより重要な場合には、それより低い値であることが有利であると考えられる。また、非球形のディンプルは、排他的に採用する必要がなく、採用される非球形のディンプルは一種である必要もなく、むしろ、複数の型や寸法のものを採用することができ、また、必要に応じて球形のディンプル３０´と組み合わせて使用することも可能である。本発明をガスタービンエンジンに対する用途のものとして説明してきたが、当業者であれば、本発明が種々異なる型の伝熱環境ならびに用途に対する広範な用途を有することは理解するであろう。本発明の範囲内にあるさらなる修正もまた、本発明の開示を再検討することにより当業者等には明らかであろう。また、そのような修正は添付の特許請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が使用可能な通常環境を例示する、一般的なガスタービンエンジンを示す図。
【図２】表面上にディンプルが設けられた一般的な伝熱面を示す、概略的な上面図。
【図３】従来技術で見られるような、球形のディンプルを示す断面図。
【図４Ａ】本発明の好ましい一実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図４Ｂ】本発明の好ましい一実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図４Ｃ】本発明の好ましい一実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図５Ａ】本発明の他の好ましい実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図５Ｂ】本発明の他の好ましい実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図５Ｃ】本発明の他の好ましい実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図６Ａ】本発明のさらに別の好ましい実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図６Ｂ】本発明のさらに別の好ましい実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図６Ｃ】本発明のさらに別の好ましい実施例による非球形のディンプルを示す概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2008519197.tif 000009
【図５Ｂ】
2008519197.tif 000010
【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2008519197.tif 000013
【図６Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年9月5日(2006.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
使用時に高温の流体流にさらされる、タービン部分と、
前記タービン部分内に配置され、面を有する少なくとも１つの冷却通路と、
前記面上に設けられた複数の非球形の熱交換増大用ディンプルと、
を含んでなることを特徴とする、ガスタービンエンジン部品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、概して非環状リムを有し、該リムは前記ディンプルと前記面との間の境界面であることを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
一実施例において、本発明は、使用時に高温の流体流にさらされるタービン部分と、そのタービン部分内に設けられた少なくとも１つの面を有する冷却通路と、その面上に設けられた複数の非球形の熱交換増大用ディンプルと、を含んでなるガスタービンエンジン部品を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
他の実施例において、本発明は、ガスタービンエンジンに使用されるエアフォイルであって、そこを通る冷却流体を方向付けるよう適合された少なくとも１つの内側冷却通路を内部に有し、その通路の少なくとも１つの内面上に設けられた複数の非球形の熱交換増大用ディンプルを含んでなるエアフォイルを提供する。
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月17日(2007.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に高温の流体流にさらされる、タービン部分と、
前記タービン部分内に配置され、面を有する少なくとも１つの冷却通路と、
前記面上に設けられた複数の非球形の熱交換増大用ディンプルと、
を含んでなることを特徴とする、ガスタービンエンジン部品。
【請求項２】
前記ディンプルの少なくとも１つが、概して環状リムを有し、該リムは前記ディンプルと前記面との間の境界面であることを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項３】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、概して非環状リムを有し、該リムは前記ディンプルと前記面との間の境界面であることを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項４】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、０．２未満である最大深さと最大直径との間の比を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項５】
前記比が実質的に０．１に等しいことを特徴とする、請求項４記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項６】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項７】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的にトーラスの切片として形成された底面を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項８】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有する２つのくさびとして形成された底面を有することを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエンジン部品。
【請求項９】
そこを通る冷却流体流を方向付けるよう適合された、少なくとも１つの内側冷却通路を内部に有する、ガスタービンエンジンに使用される翼であって、
前記通路の少なくとも１つの内側面上に設けられた複数の非球形の熱交換増大用ディンプルを含んでなることを特徴とする翼。
【請求項１０】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して環状リムを有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１１】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して非環状リムを有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１２】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、０．２未満である最大深さと最大直径との間の比を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１３】
前記比が実質的に０．１に等しいことを特徴とする、請求項１２記載のエアフォイル。
【請求項１４】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１５】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的にトーラスの切片として形成された底面を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１６】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、実質的に平坦な底面を有する２つのくさびとして形成された底面を有することを特徴とする、請求項９記載のエアフォイル。
【請求項１７】
タービンブレードにガスが流れるときにそのガス中に熱交換を増大する乱流を形成する、ガスタービンエンジン内のタービンブレードで使用される、複数の非球形のディンプルを含むよう形成された面。
【請求項１８】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して環状リムを有することを特徴とする、請求項１７記載の面。
【請求項１９】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、前記ディンプルと前記面との間の境界面である、概して非環状リムを有することを特徴とする、請求項１７記載の面。
【請求項２０】
前記ディンプルの少なくともいくつかが、０．２未満である最大深さと最大直径との間の比を有することを特徴とする、請求項１７記載の面。
【請求項２１】
前記比が実質的に０．１に等しいことを特徴とする、請求項２０記載の面。
【請求項２２】
前記ディンプルの少なくともいくつかが実質的に平坦な底面を有することを特徴とする、請求項１７記載の面。
【請求項２３】
前記ディンプルの少なくともいくつかが実質的にトーラスの切片として形成された底面を有することを特徴とする、請求項１７記載の面。
【請求項２４】
前記ディンプルの少なくともいくつかが実質的に平坦な底面を有する２つのくさびとして形成された底面を有することを特徴とする、請求項１７記載の面。
【国際調査報告】
2008519197.tif 000015
2008519197.tif 000016