(57)【要約】【課題】インピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させるための技術を提供する。【解決手段】インピンジメント冷却構造が、冷却媒体を冷却対象１に向けて吹き付けるインピンジメント孔３を備えるインピンジメント板２を具備する。インピンジメント孔３は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有している。【選択図】図３
2012202335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第１インピンジメント孔を備える部材を具備し、
前記第１インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有する
インピンジメント冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記部材が、更に、前記冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第２インピンジメント孔を備えており、
前記第２インピンジメント孔は、前記第１インピンジメント孔と形状が異なる
インピンジメント冷却構造。
【請求項３】
請求項２に記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記第２インピンジメント孔は、前記入口から前記出口にかけて断面積が一定の形状を有する
インピンジメント冷却構造。
【請求項４】
請求項３に記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記冷却対象の第１位置の熱負荷が前記冷却対象の第２位置の熱負荷よりも高く、
前記第１インピンジメント孔が、前記第１位置の近傍に位置し、
前記第２インピンジメント孔が、前記第２位置の近傍に位置する
インピンジメント冷却構造。
【請求項５】
請求項２に記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記部材が、更に、前記冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第３インピンジメント孔を備えており、
前記第３インピンジメント孔は、入口から出口にかけて断面積が一定の形状を有し、
前記部材の前記第２インピンジメント孔を有する部分の厚さの前記第２インピンジメント孔の孔径に対する比は、前記部材の前記第３インピンジメント孔を有する部分の厚さの前記第３インピンジメント孔の孔径に対する比と異なっている
インピンジメント冷却構造。
【請求項６】
請求項２に記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記第２インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に増大するような形状を有する
インピンジメント冷却構造。
【請求項７】
請求項６に記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記冷却対象の第１位置の熱負荷が前記冷却対象の第２位置の熱負荷よりも高く、
前記第１インピンジメント孔が、前記第１位置の近傍に位置し、
前記第２インピンジメント孔が、前記第２位置の近傍に位置し、
インピンジメント冷却構造。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記第１インピンジメント孔は、その側壁が、前記第１インピンジメント孔の入口と出口を結ぶ円錐面に対して内側に凸であるような形状を有している
インピンジメント冷却構造。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記部材は、更に、前記冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第４インピンジメント孔を具備し、
前記第４インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有し、
前記部材の前記冷却対象に対向する面は、前記第１インピンジメント孔と前記第４インピンジメント孔の間の位置において、前記第１インピンジメント孔及び前記第４インピンジメント孔の出口よりも前記冷却対象から離れている
インピンジメント冷却構造。
【請求項１０】
冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第１及び第２インピンジメント孔を備える部材を具備し、
前記第１インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が一定の形状を有し、
前記第２インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に増大するような形状を有する
インピンジメント冷却構造。
【請求項１１】
請求項１０に記載のインピンジメント冷却構造であって、
前記冷却対象の第１位置の熱負荷が前記冷却対象の第２位置の熱負荷よりも高く、
前記第１インピンジメント孔は、前記第１位置の近傍に位置し、
前記第２インピンジメント孔は、前記第２位置の近傍に位置する
インピンジメント冷却構造。
【請求項１２】
冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第１及び第２インピンジメント孔を備える部材を具備し、
前記第１及び第２インピンジメント孔は、入口から出口にかけて断面積が一定の形状を有し、
前記部材の前記第１インピンジメント孔を有する部分の厚さの前記第１インピンジメント孔の孔径に対する比は、前記部材の前記第２インピンジメント孔を有する部分の厚さの前記第２インピンジメント孔の孔径に対する比と異なっている
インピンジメント冷却構造。
【請求項１３】
翼壁と、
前記翼壁の内部空間に挿入されたインサート
とを具備し、
前記インサートには、冷却媒体を前記翼壁の内面に向けて吹き付ける第１インピンジメント孔が設けられ、
前記第１インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有する
ガスタービン静翼。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガスタービン静翼であって、
前記インサートが、更に、前記冷却媒体を前記翼壁の内面に向けて吹き付ける第２インピンジメント孔を備えており、
前記第２インピンジメント孔は、前記第１インピンジメント孔と形状が異なる
ガスタービン静翼。
【請求項１５】
複数のインピンジメント孔を有する部材を備えるインピンジメント冷却構造の設計方法であって、
冷却対象の前記複数のインピンジメント孔の近傍の位置の熱負荷を算出するステップと、
前記熱負荷に応じて、前記複数のインピンジメント孔の形状を決定するステップ
とを具備し、
前記複数のインピンジメント孔のうちの第１インピンジメント孔が、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有する
インピンジメント冷却構造の設計方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の設計方法であって、
前記複数のインピンジメント孔のうちの第２インピンジメント孔は、入口から出口にかけて断面積が一定の形状を有し、
前記第１インピンジメント孔の近傍の位置の熱負荷は、前記第２インピンジメント孔の近傍の位置の熱負荷よりも高い
インピンジメント冷却構造の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピンジメント冷却構造、及び、それを用いたガスタービン静翼に関し、特に、インピンジメント冷却に用いる冷媒を冷却対象に吹き付けるための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インピンジメント冷却とは、冷却対象に近接して設けられる部材（しばしば、インピンジメント板とも呼ばれる）に設けられた孔から冷媒を冷却対象に吹き付ける冷却方法であり、高温媒体（例えば、燃焼ガス）に接する部品を冷却するために広く使用される方法である。インピンジメント冷却によって冷却される部品としては、例えば、ガスタービン静翼、ガスタービン静翼を支持する分割環（シュラウド、リングセグメント等とも呼ばれる）、燃焼器のライナー（内筒や尾筒）等が挙げられる。ガスタービン静翼におけるインピンジメント冷却については、例えば、特表２００３−５３２８２１号公報、特開２０１０−３８１４１号公報、特開平７−１４５７０２号公報、特開昭６０−９３２０３号公報、特許第３７７４４９１号に開示されている。
【０００３】
図１、図２は、インピンジメント冷却の模式図である。図１に図示されているように、冷却対象１０１の板に対向するようにインピンジメント板１０２が設けられ、そのインピンジメント板１０２に設けられた孔（インピンジメント孔１０３）から冷却媒体（図１、図２では、冷却空気）の噴流が冷却対象１０１に吹き付けられる。
【０００４】
インピンジメント冷却においては、インピンジメント板１０２の配置や構造、特に、孔１０３の孔径Ｄや配置が冷却効率に多大な影響を及ぼす。図１を参照して、冷却媒体のインピンジメント孔１０３からの噴流流速Ｕｊが大きい程、また、クロスフロー流速Ｕｃが小さい程、冷却対象１０１から冷却媒体への熱伝達率が大きくなる。ここで、クロスフロー流速Ｕｃは、クロスフロー（冷却媒体が噴出される方向と垂直な方向の冷却媒体の流れ）の流速である。噴流流速Ｕｊは、孔径Ｄによって影響をうける。一般には、孔径Ｄが小さい程、噴流流速Ｕｊが大きくなる。また、通路高さＺ（図１では冷却対象１０１とインピンジメント板１０２の距離）が大きいとクロスフロー流速Ｕｃは小さくなるが、その一方で、通路高さＺの孔径Ｄに対する比Ｚ／Ｄが大きすぎると、冷却媒体の噴流が冷却対象１０１に到達しなくなり、冷却対象１０１から冷却媒体への熱伝達率が低下する。
【０００５】
一つの問題は、インピンジメント冷却構造の設計の自由度（例えば、インピンジメント板１０２の配置や構造、及び、孔１０３の孔径Ｄや配置）は、現実には、それほど大きくないことである。インピンジメント板１０２の孔１０３に供給される冷却媒体の圧力は、当該冷却媒体を供給する機構（圧縮機等）の設計によって決まり、自在に調節することはできない。このような状況で、必要な冷却能力を満足するように冷却媒体の流量を調節しようとすると、変更できるパラメータは、基本的に、孔径Ｄ、インピンジメント孔１０３のピッチ（Ｘ１、Ｘ２）と孔径Ｄとの比Ｘ／Ｄ、通路高さＺと孔径Ｄの比Ｚ／Ｄしかない。ここで、ピッチ（Ｘ１、Ｘ２）と孔径Ｄとの比Ｘ／Ｄは冷却対象１０１の温度ムラの観点から制約があり、通路高さＺと孔径Ｄの比Ｚ／Ｄはクロスフロー流速Ｕｃと冷却対象１０１に到達する冷却媒体の量の観点から制約があり、更に、孔径Ｄはゴミづまりの問題から、特定の孔径より小さくすることはできない。
【０００６】
このような背景から、インピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させるための技術の提供が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５３２８２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−３８１４１号公報
【特許文献３】特開平７−１４５７０２号公報
【特許文献４】特開昭６０−９３２０３号公報
【特許文献５】特許第３７７４４９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、インピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の基本的な技術的思想は、インピンジメント孔の形状をインピンジメント冷却構造の設計パラメータとすることにより、設計の自由度を向上させることにある。特に、断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状を有するインピンジメント孔を採用することで、インピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させることができる。
【００１０】
本発明の一の観点では、インピンジメント冷却構造が、冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第１インピンジメント孔を備える部材を具備する。第１インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有している。
【００１１】
該部材が、更に、冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第２インピンジメント孔を備えている場合、第２インピンジメント孔の形状を第１インピンジメント孔の形状と相違させることで、更にインピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させることができる。
【００１２】
一例としては、第２インピンジメント孔は、入口から出口にかけて断面積が一定の形状を有していてもよい。
【００１３】
この場合、冷却対象の第１位置の熱負荷が第２位置の熱負荷よりも高いときに、第１インピンジメント孔が、冷却対象の第１位置の近傍に位置し、第２インピンジメント孔が、冷却対象の第２位置の近傍に位置することが好ましい。
【００１４】
該部材が、更に、冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける、入口から出口にかけて断面積が一定の形状を有する第３インピンジメント孔を備えていてもよい。この場合、該部材の第２インピンジメント孔を有する部分の厚さの第２インピンジメント孔の孔径に対する比を、該部材の第３インピンジメント孔を有する部分の厚さの第３インピンジメント孔の孔径に対する比と相違させることで、更にインピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させることができる。
【００１５】
他の例としては、第２インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に増大するような形状を有していてもよい。この場合、冷却対象の第１位置の熱負荷が第２位置の熱負荷よりも高いときに、第１インピンジメント孔が、冷却対象の第１位置の近傍に位置し、第２インピンジメント孔が、冷却対象の第２位置の近傍に位置することが好ましい。
【００１６】
入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状の第１インピンジメント孔は、その側壁が、第１インピンジメント孔の入口と出口を結ぶ円錐面に対して内側に凸であるような形状を有していてもよい。
【００１７】
また、該部材が、更に、冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第４インピンジメント孔を具備し、且つ、第４インピンジメント孔が、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有している場合、該部材の冷却対象に対向する面は、第１インピンジメント孔と第４インピンジメント孔の間の位置において、第１インピンジメント孔及び第４インピンジメント孔の出口よりも冷却対象から離れていてもよい。このような構造は、クロスフローを低減させるために有効である。
【００１８】
本発明の他の観点では、冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第１インピンジメント孔及び第２インピンジメント孔を備える部材を具備する。第１インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が一定の形状を有し、第２インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に増大するような形状を有する。このような構造は、インピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させることができる。
【００１９】
冷却対象の第１位置の熱負荷が第２位置の熱負荷よりも高い場合、第１インピンジメント孔が冷却対象の第１位置の近傍に位置し、第２インピンジメント孔が、冷却対象の第２位置の近傍に位置することが好ましい。
【００２０】
本発明の更に他の観点において、インピンジメント冷却構造が、冷却媒体を冷却対象に向けて吹き付ける第１及び第２インピンジメント孔を備える部材を具備する。第１及び第２インピンジメント孔は、入口から出口にかけて断面積が一定の形状を有する。部材の第１インピンジメント孔を有する部分の厚さの第１インピンジメント孔の孔径に対する比は、部材の第２インピンジメント孔を有する部分の厚さの第２インピンジメント孔の孔径に対する比と異なっている。
【００２１】
本発明の更に他の観点においては、ガスタービン静翼が、翼壁と、翼壁の内部空間に挿入されたインサートとを具備する。インサートには、冷却媒体を翼壁の内面に向けて吹き付ける第１インピンジメント孔が設けられる。第１インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有する。
【００２２】
本発明の更に他の観点においては、複数のインピンジメント孔を有する部材を備えるインピンジメント冷却構造の設計方法が、冷却対象の複数のインピンジメント孔の近傍の位置の熱負荷を算出するステップと、熱負荷に応じて、複数のインピンジメント孔の形状を決定するステップとを具備する。複数のインピンジメント孔のうちの第１インピンジメント孔は、入口から出口に向かって、断面積が連続的に減少するような形状を有している。
【００２３】
複数のインピンジメント孔のうちの第２インピンジメント孔の形状を、入口から出口にかけて断面積が一定であるように設計してもよい。第１インピンジメント孔の近傍の位置の熱負荷が、第２インピンジメント孔の近傍の位置の熱負荷よりも高い場合に、このような設計は有効である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、インピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】インピンジメント冷却構造の概念図である。
【図２】インピンジメント冷却の概念図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるインピンジメント孔の形状と、熱負荷、Ｃｄ値、噴流流速、熱伝達率の関係を示す概念図である。
【図４】インピンジメント板の厚さｔとインピンジメント孔の孔径Ｄとの比ｔ／ＤとＣｄ値の関係を示すグラフである。
【図５】一実施形態におけるインピンジメント孔の形状を示す断面図である。
【図６】他の実施形態におけるインピンジメント孔の形状を示す断面図である。
【図７】更に他の実施形態におけるインピンジメント孔の形状を示す断面図である。
【図８】更に他の実施形態におけるインピンジメント板の形状を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるガスタービン静翼の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態におけるインピンジメント冷却構造を示す断面図である。本実施形態では、冷却対象１に対向するようにインピンジメント板２が設けられ、そのインピンジメント板２にインピンジメント孔３が設けられる。インピンジメント孔３から冷却媒体（最も典型的には冷却空気）が冷却対象１に噴射され、これにより、冷却対象１がインピンジメント冷却によって冷却される。
【００２７】
本実施形態においては、インピンジメント冷却構造の設計パラメータの一つとして、インピンジメント孔３の形状が採用される。図３（ａ）〜（ｄ）に、インピンジメント孔３の形状の例が図示されている。図３（ａ）では、インピンジメント孔３の断面積が、入口から出口に向けて連続的に減少するようなインピンジメント孔３の構造が図示されている。図３（ｂ）、（ｃ）では、インピンジメント孔３の断面積が、入口から出口にわたって一定であるようなインピンジメント孔３の構造が図示されている。図３（ｄ）では、インピンジメント孔３の断面積が、入口から出口に向けて連続的に増大するようなインピンジメント孔３の構造が図示されている。
【００２８】
以下では、インピンジメント孔３の（インピンジメント板２の冷却対象１に対向する面２ａに平行な断面における）断面形状が円形であり、インピンジメント孔３の径の最大値Ｄが図３（ａ）〜（ｄ）について同一である場合について議論する。最大値Ｄとは、図３（ａ）のインピンジメント孔３ａについては入口の径、図３（ｄ）のインピンジメント孔３ｄについては出口の径、図３（ｂ）、（ｃ）については、インピンジメント板２の冷却対象１に対向する面に平行な任意の断面における径を意味している。ただし、本発明においてインピンジメント孔の断面形状が円形に限定されると解釈してはならない。
【００２９】
図３に図示されているように、インピンジメント孔３の形状によってＣｄ値（流量係数）が変化する。インピンジメント孔３の径の最大値Ｄが同一である場合には、断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するようなインピンジメント孔３ａ（図３（ａ））が最もＣｄ値が大きく、断面積が入口から出口に向けて連続的に増大するようなインピンジメント孔３ｄ（図３（ｄ））が最もＣｄ値が小さくなる。断面積が入口から出口にわたって一定であるようなインピンジメント孔３（３ｂ、３ｃ）（図３（ｂ）、（ｃ））は、Ｃｄ値が中間的な値になる。
【００３０】
噴流流速も、Ｃｄ値の変化に応じて変化する。Ｃｄ値が最も高い図３（ａ）のインピンジメント孔３ａでは噴流流速が最も高くなり、Ｃｄ値が最も小さい図３（ｄ）のインピンジメント孔３ｄでは噴流流速が最も低くなる。図３（ｂ）、（ｃ）のインピンジメント孔３ｂ、３ｃでは、中間の噴流流速が得られる。噴流流速が変化すると、冷却対象１から冷却媒体への熱伝達率が変化し、冷却効率も変化する。
【００３１】
ここで、断面積が入口から出口にわたって一定である場合でも、インピンジメント板２の板厚ｔとインピンジメント孔３の径Ｄの比ｔ／ＤによってＣｄ値及び噴流流速を調節可能である。図４は、比ｔ／ＤとＣｄ値の関係を概念的に示すグラフである。Ｃｄ値は、比ｔ／Ｄが特定値ｔ／Ｄｍａｘをとるときに最大値をとる。比ｔ／Ｄが特定値ｔ／Ｄｍａｘより小さい領域では、比ｔ／Ｄの増加と共にＣｄ値が増加し、比ｔ／Ｄが特定値ｔ／Ｄｍａｘより大きい領域では、比ｔ／Ｄの増加と共にＣｄ値が減少する。図３は、比ｔ／Ｄが特定値ｔ／Ｄｍａｘより小さい領域にあるとして提示されており、この場合、比ｔ／Ｄが大きいインピンジメント孔３ｂ（図３（ｂ））ではＣｄ値が相対的に大きくなり、比ｔ／Ｄが小さいインピンジメント孔３ｃ（図３（ｃ））ではＣｄ値が相対的に小さくなる。なお、比ｔ／Ｄが特定値ｔ／Ｄｍａｘより大きい領域でＣｄ値を制御してもよい。ただし、この領域でＣｄ値を制御するためには、インピンジメント板２の板厚を大きくする必要が生じ、これは、実際の設計上は好ましくない。
【００３２】
以上に議論されているように、インピンジメント孔３の形状によってインピンジメント冷却の冷却効率が変化する。これは、インピンジメント孔３の形状を設計パラメータの一つとして採用することで、インピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させることができることを意味している。
【００３３】
ここで、Ｃｄ値が大きくなる形状のインピンジメント孔３（例えば、インピンジメント孔３ａ）は、噴流流速を増大させ冷却媒体への熱伝達率を増大させることができるので、インピンジメント冷却構造の設計において冷却対象１の熱負荷が大きい位置に採用することが好ましい。逆に、Ｃｄ値が小さくなる形状のインピンジメント孔３（例えば、インピンジメント孔３ｄ）は、冷却対象１の熱負荷が小さい位置に採用することが好ましい。このようなインピンジメント冷却構造の設計は、冷却対象１の各位置の熱負荷をシミュレーションその他の方法で算出し、当該位置の近傍に設けられるインピンジメント孔３の形状を熱負荷に応じて決定することで実現できる。
【００３４】
一例として、冷却対象１の第１位置、第２位置、第３位置、第４位置の熱負荷が、それぞれ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４であり、且つ、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３＞Ｃ４とする。このような場合、第１位置の近傍に図３（ａ）のインピンジメント孔３ａ、第２位置の近傍に図３（ｂ）のインピンジメント孔３ｂ、第３位置の近傍に図３（ｃ）のインピンジメント孔３ｃ、第４位置の近傍に図３（ｄ）のインピンジメント孔３ｄを設けることが好ましい。
【００３５】
特に、インピンジメント板２の少なくとも一のインピンジメント孔３として、断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状のインピンジメント孔３ａを採用することが設計の自由度を向上させるために有効であることに留意されたい。このような形状のインピンジメント孔３ａは、噴流流速を増大させ、熱伝達率、即ち、冷却効率を増大させる作用を持つ。このような形状のインピンジメント孔３ａを採用することでインピンジメント孔３の必要最小数が少なくなり、インピンジメント孔３の必要最小径が小さくなる。このように、断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状のインピンジメント孔３ａを採用することでインピンジメント冷却構造の設計の自由度を向上させることができる。全てのインピンジメント孔３として断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状のインピンジメント孔３ａを採用しても、設計の自由度を向上させる効果が得られることに留意されたい。
【００３６】
図５乃至図７は、断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状のインピンジメント孔３ａのバリエーションを示している。図５に示されているように、インピンジメント板２の断面におけるインピンジメント孔３ａの側壁１１の形状が直線であってもよい。この場合には、インピンジメント孔３ａの入口から出口に向けての断面積の変化ｄＳ／ｄｘは一定である。ここで、Ｓは、インピンジメント孔３のインピンジメント板２の冷却対象１に対向する面２ａに平行な断面における断面積であり、ｘは、面２ａに垂直な方向における位置である。ここで「連続的」とは、断面積Ｓがｘの関数であるとしたときに、入口から出口の間のｘの区間において断面積Ｓが連続であることを意味している。
【００３７】
図６に示されているように、インピンジメント板２の断面におけるインピンジメント孔３ａの側壁１１の形状が曲線であってもよい。このとき、側壁１１は、インピンジメント孔３ａの入口と出口を結ぶ円錐面１２に対して内側に凸であることが好ましい。このような形状では、インピンジメント孔３ａの入口から出口に向けての断面積の変化ｄＳ／ｄｘの絶対値は、出口に近い程小さくなる。図６に示された形状では、噴流流速が一層に加速されるため、熱伝達率、即ち、冷却効率を増大させる作用を持つ。
【００３８】
図７に図示されているように、インピンジメント板２の断面におけるインピンジメント孔３ａの側壁１１の形状が折れ線形状になっていてもよい。図７では、側壁１１の部分１１ａ、１１ｂが稜線１３で接続されている一方で、部分１１ａ、１１ｂそれぞれの形状は直線になっている。このようなインピンジメント孔３ａの形状でも、図６の形状よりも程度は劣るものの、噴流流速が加速される効果が得られる。加えて、図７の形状では、図６と比較して作製が容易であるという利点がある。
【００３９】
図８は、断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状のインピンジメント孔の更に他のバリエーションを示す図である。図８のインピンジメント冷却構造においても、冷却対象２１に対向してインピンジメント板２２が設けられ、そのインピンジメント板２２にインピンジメント孔２３が設けられている。図８のインピンジメント冷却構造においては、図６の構造と同様に、インピンジメント孔２３の側壁４１は、インピンジメント孔２３の入口と出口を結ぶ円錐面に対して内側に凸になっている。
【００４０】
図８の構造では、インピンジメント孔２３の出口（図８では符号２３ａが付されている）は平面２４ａの上にあり、入口は平面２４ｂの上にある。ここで、図８のインピンジメント板２２の冷却対象２１に対向する面２２ａは湾曲しており、面２２ａは、２つの出口２３ａの間において、当該出口２３ａよりも冷却対象２１よりも離れている。面２２ａと平面２４ａで囲まれる空間２５は、クロスフローの低減に寄与する。冷却対象２１に噴射された冷却媒体は、冷却対象２１に衝突した後、空間２５に導入される。これにより、各出口２３ａの近傍におけるクロスフローを低減させることができる。
【００４１】
上述のインピンジメント冷却構造は、例えば、ガスタービン静翼、ガスタービン静翼を支持する分割環（シュラウド、リングセグメント等とも呼ばれる）、燃焼器のライナー（内筒や尾筒）に適用可能である。以下、インピンジメント冷却構造の適用例の一例を説明する。
【００４２】
図９は、上述のインピンジメント冷却構造を採用するガスタービン静翼３０の構造を示す断面図である。
【００４３】
ガスタービン静翼３０は、翼壁３１を備えている。翼壁３１の内部の空間は、３つに分割されており、そのそれぞれに、インサート３２、３３、３４が挿入されている。インサート３２、３３、３４には、それぞれ、インピンジメント孔３５、３６、３７が設けられており、翼壁３１は、インピンジメント孔３５、３６、３７を用いたインピンジメント冷却によって冷却される。詳細には、インサート３２の内部に冷却空気が供給され、その冷却空気が、インピンジメント孔３５から翼壁３１の内面に噴射される。これにより、翼壁３１が冷却される。インピンジメント孔３５から噴射された冷却空気は、冷却孔３８から翼壁３１の外側に流出され、翼壁３１の外面のフィルム冷却に使用される。インサート３３、３４に設けられたインピンジメント孔３６、３７も同様にインピンジメント冷却に使用される。
【００４４】
インピンジメント孔３５、３６、３７の形状は、ガスタービン静翼３０の各位置における熱負荷に応じて決められている。例えば、熱負荷が高いガスタービン静翼３０の前縁の近傍では、断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状（図３（ａ））のインピンジメント孔３５ａがインピンジメント冷却に使用される。他の位置では、例えば、断面積が入口から出口に向けて一定である形状のインピンジメント孔が使用される。ガスタービン静翼３０の前縁の近傍では、インピンジメント冷却構造の設計の自由度が低く、このような位置に断面積が入口から出口に向けて連続的に減少するような形状のインピンジメント孔３５ａを設けることは、設計の自由度を向上するために有効である。
【符号の説明】
【００４５】
１：冷却対象
２：インピンジメント板
２ａ：面
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ：インピンジメント孔
１１：側壁
１１ａ、１１ｂ：部分
１２：円錐面
１３：稜線
２１：冷却対象
２２：インピンジメント板
２２ａ：面
２３：インピンジメント孔
２４ａ、２４ｂ：平面
２５：空間
４１：側壁
３０：ガスタービン静翼
３１：翼壁
３２、３３、３４：インサート
３５、３５ａ、３６、３７：インピンジメント孔
１０１：冷却対象
１０２：インピンジメント板
１０３：インピンジメント孔
【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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