(57)【要約】【課題】冷却表面積全体に熱伝達領域を拡大する冷却通路における乱流促進構造を提供する。【解決手段】乱流促進構造１００は、冷却流体などの流体が流れ方向１０４に通流する通路１０２内に設けられるとともに、複数のトリップストリップ１０６を備える。通路１０２は、タービンエンジン構成要素などの部品９８内の冷却通路などである。隣接するトリップストリップ１０６は、第１の端部で互いに向かって収束するように方向付けられ、頂部１０８および乱流が生じる三角形の領域１１２を形成する。冷却流体は、開口部１１０を通って領域１１２内に流入する。通路は、対向する第１の壁１１６および第２の壁１２０を備える。領域１１２は、流れ方向１０４に対して実質的に垂直の対称軸１１５を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に流体が通流する通路であって、
前記通路内に配設された複数のトリップストリップを備え、
前記複数のトリップストリップのうち隣接するトリップストリップが、頂部と、乱流が生じる領域と、を形成するために、第１の端部において互いに向かって収束するように方向付けられ、
前記頂部が、前記第１の方向に対して所定の角度をなすことを特徴とする流体通流通路。
【請求項２】
前記頂部は、前記流体が前記領域へと流入する開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の流体通流通路。
【請求項３】
前記領域が、前記第１の端部に対向する第２の端部にベース部を有し、前記第１の端部と前記第２の端部との間の対称軸が、前記第１の方向と交差し、
前記ベース部が、前記通路の壁の付近に配設されることを特徴とする請求項１に記載の流体通流通路。
【請求項４】
前記領域が三角形であることを特徴とする請求項１に記載の流体通流通路。
【請求項５】
前記通路は、対向する第１の壁および第２の壁を有し、
前記複数のトリップストリップは、前記第１の方向に沿って複数の前記領域を形成し、
前記複数の領域のうち第１の領域は、前記第１の壁に隣接する頂部を有し、前記複数の領域のうち第２の領域は、前記第２の壁に隣接する頂部を有することを特徴とする請求項１に記載の流体通流通路。
【請求項６】
前記通路は、対向する第１の壁および第２の壁を有し、
前記複数のトリップストリップは、前記第１の方向と交差する軸に沿って整列する複数の領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の流体通流通路。
【請求項７】
前記複数の領域が、少なくとも２つの列をなすトリップストリップによって形成され、
前記列をなすトリップストリップの各々が、
前記第１の方向に対して第１の角度をなす第１のトリップストリップと、
前記第１の方向に対して第２の角度をなす第２のトリップストリップと、
前記第１の方向に対して第３の角度をなす第３のトリップストリップと、
を有することを特徴とする請求項６に記載の流体通流通路。
【請求項８】
前記列の各々が、２つの接合部を有することを特徴とする請求項７に記載の流体通流通路。
【請求項９】
前記列のうち少なくとも１つの列において、２つの前記トリップストリップの間に少なくとも１つのギャップをさらに備える請求項７に記載の流体通流通路。
【請求項１０】
前記通路が、第１の壁と、該第１の壁に対向する第２の壁と、を有し、
前記第１の壁と前記第２の壁との間に複数の領域をさらに備え、
前記複数の領域が、前記第１の壁に近接する第１の位置から、前記第２の壁に近接する第２の位置まで延びる第１のトリップストリップと、前記第１のトリップストリップと交差する所定の角度を有し、かつ間隔をあけて配設された一対のトリップストリップと、によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体通流通路。
【請求項１１】
前記領域の各々が、前記頂部と、一対の前記トリップストリップおよび前記通路の壁によって形成された２つの頂点と、を有することを特徴とする請求項１に記載の流体通流通路。
【請求項１２】
第１の方向に流体が通流する通路を備える部品であって、
前記通路が、前記通路内に配設された複数のトリップストリップを有し、
前記複数のトリップストリップのうち隣接するトリップストリップが、頂部と、乱流が生じる領域と、を形成するために、第１の端部において互いに向かって収束するように方向付けられ、
前記頂部が、前記第１の方向に対して所定の角度をなすことを特徴とする部品。
【請求項１３】
前記部品が、タービンエンジンの構成要素からなることを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項１４】
前記通路が、前記第１の方向に冷却流体が通流する冷却通路を備えることを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項１５】
前記頂部は、前記流体が前記領域へと流入する開口部を有することを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項１６】
前記領域が、前記第１の端部に対向する第２の端部にベース部を有し、前記第１の端部と前記第２の端部との間の対称軸が、前記第１の方向と交差し、
前記ベース部が、前記通路の壁の付近に配設されることを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項１７】
前記領域が三角形であることを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項１８】
前記通路は、対向する第１の壁および第２の壁を有し、
前記複数のトリップストリップは、前記第１の方向に沿って複数の前記領域を形成し、
前記複数の領域のうち第１の領域は、前記第１の壁に隣接する頂部を有し、前記複数の領域のうち第２の領域は、前記第２の壁に隣接する頂部を有することを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項１９】
前記通路は、対向する第１の壁および第２の壁を有し、
前記複数のトリップストリップは、前記第１の方向と交差する軸に沿って整列する複数の領域を形成することを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項２０】
前記複数の領域が、少なくとも２つの列をなすトリップストリップによって形成され、
前記列をなすトリップストリップの各々が、
前記第１の方向に対して第１の角度をなす第１のトリップストリップと、
前記第１の方向に対して第２の角度をなす第２のトリップストリップと、
前記第１の方向に対して第３の角度をなす第３のトリップストリップと、
を有することを特徴とする請求項１９に記載の部品。
【請求項２１】
前記列の各々が、２つの接合部を有することを特徴とする請求項２０に記載の部品。
【請求項２２】
前記列のうち少なくとも１つの列において、２つの前記トリップストリップの間に少なくとも１つのギャップをさらに備える請求項２０に記載の部品。
【請求項２３】
前記通路が、第１の壁と、該第１の壁に対向する第２の壁と、を有し、
前記第１の壁と前記第２の壁との間に複数の領域をさらに備え、
前記複数の領域が、前記第１の壁に近接する第１の位置から、前記第２の壁に近接する第２の位置まで延びる第１のトリップストリップと、前記第１のトリップストリップと交差する所定の角度を有し、かつ間隔をあけて配設された一対のトリップストリップと、によって形成されることを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【請求項２４】
前記領域の各々が、前記頂部と、一対の前記トリップストリップおよび前記通路の壁によって形成された２つの頂点と、を有することを特徴とする請求項１２に記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンの構成要素における冷却用微細回路の改善されたタービュレータ（乱流促進部）の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝達される熱を増加させる手段として、乱流促進部が冷却通路内で用いられてきた。典型的には、従来のトリップストリップ（ｔｒｉｐ  ｓｔｒｉｐ）乱流促進部の設計は、図１および図２に示す設計が中心であった。図１に示すように、方向１２に流れる冷却流体を有する冷却通路１０は、Ｖ字形（ｃｈｅｖｒｏｎ）を形成する一対のトリップストリップ１４，１６を有し、トリップストリップのＶ字形の頂点１８は、流れ方向１２に沿っており、対称軸２０は、流れ方向１２に対して平行である。
【０００３】
図２を参照すると、冷却流体が方向１２’に流れる冷却通路１０’を有する別の従来技術の乱流促進システムが示されている。図から分かるように、複数のトリップストリップ１４’が、流れ方向１２’に対して９０°より小さい角度を有して配設されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１および図２の実施形態の輪郭線２２は、冷媒流領域における乱流のより激しい範囲、したがって、熱伝達吸収（ｐｉｃｋ−ｕｐ）がより高い範囲を示している。平滑な壁を用いたチャネル流に関する熱伝達促進（ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）の効果は、冷媒流のレイノルズ数に応じて、平滑なチャネル流から得られる熱伝達の約２〜３倍である。図１および図２に示す促進効果は、局所的であり、図１におけるＶ字構造のトリップストリップ１４，１６の合流点つまり頂点１８において、あるいは図２における角度の付いたトリップストリップ構造の壁付近において、促進効果は、最大値から減少する。
【０００５】
したがって、通常、トリップストリップまたは連接する壁とのトリップストリップとの合流点において生じる熱伝達領域を拡大することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、熱伝達領域を冷却表面積のほぼ全体に拡大する冷却通路用の乱流促進構造が提供される。
【０００７】
本発明によれば、第１の方向に流体が通流する通路が提供される。前記通路は、概して、前記通路内に配設された複数のトリップストリップを備え、前記複数のトリップストリップのうち隣接するトリップストリップが、頂部と、乱流が生じる領域と、を形成するために、第１の端部において互いに向かって収束するように方向付けられる。頂部は、第１の方向に対して所定の角度をなす。
【０００８】
さらに、本発明によれば、タービンエンジン構成要素などの部品が提供される。この部品は、概して、第１の方向に流体が通流する通路を備え、該通路は、通路内に配設された複数のトリップストリップを有する。前記複数のトリップストリップのうち隣接するトリップストリップは、頂部と、乱流が生じる領域と、を形成するために、第１の端部において互いに向かって収束するように方向付けられる。頂部は、第１の方向に対して所定の角度をなす。
【０００９】
本発明の微細回路用の改善された乱流促進構造の他の詳細、ならびにそれに伴う他の目的および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、改良された乱流促進構造を有する冷却通路に関する。図３に示すように、冷却通路は、タービンエンジンの構成要素などの部品９８内における冷却用微細回路（図示せず）の一部とすることができる。
【００１１】
図３を参照すると、本発明による第１の乱流促進構造１００が示されている。乱流促進構造１００は、冷却流体などの流体がその内部を方向１０４に流れる通路１０２内に設けられる。乱流促進構造は、流れ方向１０４に対してある角度で配設された複数のトリップストリップ１０６を備える。隣接するトリップストリップ１０６は、互いに向かって収束するとともに、開口部１１０を有する頂部１０８を形成するように配設される。冷却流体は、開口部１１０を通って隣接するトリップストリップ１０６によって境界付けられた領域１１２内に流入する。頂部１０８は、好ましくは、流れ方向１０４に対してある角度、好ましくは、直角をなす。通路１０２における第１の領域１１２の頂部１０８は、第１の壁１１６に隣接し、第１の領域１１２に隣接する第２の領域１１２の頂部１０８は、第１の壁１１６に対向する第２の壁１２０に隣接する。
【００１２】
各トリップストリップ１０６は、当技術分野に周知の好適な技術を使用することによって形成され得る。通路１０２の壁に、壁を覆うようにしてトリップストリップ１０６を形成してもよい。
【００１３】
領域１１２は、好ましくは、概ね三角形であり、流れ方向１０４に沿って整列する。各領域１１２は、頂部１０８と、トリップストリップ１０６および壁１１６または壁１２０とによって形成される複数の頂点と、を有することができる。各領域１１２は、好ましくは、流れ方向１０４に対して実質的に垂直の対称軸１１５を有する。所望であれば、図４に示すように、一連の横断（クロスオーバ）孔１２２を、領域１１２の第２の端部における領域１１２のベース部１２４に設けてもよい。横断孔１２２は、乱流促進の後または前に流れを通過させることによって流路を提供する。領域１１２の第２の端部は、頂部１０８が位置する第１の端部に対向する端部である。ベース部１２４は、好ましくは、壁１１６，１２０の近くに配設される。
【００１４】
図４を参照すると、領域１１２を有する、図３による乱流促進構造が図示されている。図から分かるように、流れが頂点における開口部１１０を通って領域１１２内に流入すると、２つの流体セル（ｆｌｕｉｄ  ｃｅｌｌ）１２６，１２８が形成される。図５に示すように、より多くの流体が領域１１２に流入すると、前記２つの流体セル１２６，１２８は、結合して単一のセル１３０になる。最終的には、図６に示すように、セル１３０は、領域１１２全体にわたって広がり、領域１１２における大部分の面積を占めるようになる。その結果、領域１１２内が乱流で満たされる。また、隣接するトリップストリップ１０６によって形成された頂点の開口部１１０、ならびにトリップストリップ１０６および壁１１６または壁１２０によって形成された合流点１３２，１３４において生じる渦から乱流が起こる。この渦は、壁１１６とトリップストリップ１０６によって形成された領域１１２の囲まれた２次元領域全体にわたって乱流セル（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｃｅｌｌ）を生じさせるように、三角形の領域１１２の３つの頂点のうち２つから増幅される。
【００１５】
乱流を生じさせる上記の原理を拡張して、図７および図８に、冷却通路のあらゆうところに熱伝達促進効果の高い領域を生じさせるように、２つ以上の能動的な合流点を有する他の乱流促進構造を示す。図７および図８の実施形態に示す三角形の合流点は、互いに位相が合っていてもずれていてもよい。こうした乱流の激しい領域は、局部的だけではなく、領域１１２の囲まれた２次元領域全体にわたって約２〜３倍の平均熱伝達促進の効果をもたらす。
【００１６】
図７に示すように、通路１０２内に形成されたトリップストリップ１０６の複数の列１３８によって複数の領域１１２が形成される。トリップストリップ１０６の列１３８は、流れ方向１０４に沿って配設され得る。トリップストリップ１０６の列１３８の各々は、一対の交差する接合部１４０，１４２を形成するように、互いに対して角度をなす３つのトリップストリップ１０６を備える。各列１３８において、第１のトリップストリップは、流れ方向１０４に対して第１の角度をなし、第２のトリップストリップは、流れ方向１０４に対して第２の角度をなし、第３のトリップストリップは、流れ方向１０４に対して第３の角度をなす。所望であれば、各列１３８は、３つより多いトリップストリップを有していてもよい。さらに、所望であれば、１つの列１３８における隣接するトリップストリップ１０６は、接合部１４０，１４２を形成し、それらを互いに間隔をあけて配設し、ギャップ１４４を形成することができる。こうした乱流促進構造では、複数の領域１１２は、流れ方向１０４と交差する軸に沿って整列し得る。
【００１７】
図８を参照すると、複数の領域１１２を菱形の乱流促進構造によって形成することができ、この構造では、第１のトリップストリップ１０６’は、壁１１６に近接する点から壁１２０に近接する点まで延びている。第１のトリップストリップ１０６’とある角度で交差する、間隔をあけて配設された２つのトリップストリップ１０６’’，１０６’’’によって、各領域１１２の残りの部分が形成される。この乱流促進構造では、複数の領域１１２は、流れ方向１０４に対してある角度をなす軸に沿って整列し得る。
【００１８】
図３，図７および図８に示す輪郭線１５０は、各領域１１２に生じる乱流の激しい範囲を示す。
【００１９】
本発明の乱流促進構造の利点の１つは、冷却通路全体にわたってより均一な熱伝達係数が生じることである。この利点は、局所的なピークの促進効果を有するのではなく、トリップストリップによって囲まれた領域全体にわたって平均熱伝達促進の効果が分布するためにもたらされる。その結果、冷却通路を有する部品（タービンエンジンの構成要素など）に対する熱的な不整合が減少する。部品の耐久性および寿命は、潜在的により少ない冷媒流により向上し、したがって、部品の性能が向上する。
【００２０】
本発明の乱流促進部（タービュレータ）の構造は、ブレード、ベーン、ブレード外側エアシール、燃焼器パネル、および冷却通路を含む他の部品（これらに限定されない）などの種々のタービンエンジン構成要素における冷却通路において使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】熱伝達を向上させるための、冷却通路内における従来技術の乱流促進構造の概略図。
【図２】熱伝達を向上させるための、冷却通路内における他の従来技術の乱流促進構造の概略図。
【図３】本発明による冷却通路用の乱流促進構造の概略図。
【図４】流体により２つのセルが形成された状態を示す図３の乱流促進構造の概略図。
【図５】２つのセルの流れが結合した状態を示す図３の乱流促進構造の概略図。
【図６】乱流促進構造内の隣接したトリップストリップ間の領域全体にわたって広がる流体セルを示す図３の乱流促進構造の概略図。
【図７】本発明による他の実施例の乱流促進構造の概略図。
【図８】本発明によるさらに他の実施例の乱流促進構造の概略図。
【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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