(57)【要約】【課題】高温ガス経路構成要素の冷却効率を向上させること。【解決手段】高温ガス経路構成要素（３８）は、外表面（５０）及び内表面（５２）を有する基材（４８）を含む。内表面は、内部スペース（５４）を定める。外表面は、正圧側面（５８）及び負圧側面（６０）を定める。正圧及び負圧側面は、前縁（３６）及び後縁（４０）にて共に接合される。第１の冷却通路（３０）は、基材の負圧側面に形成される。第１の冷却通路（３０）は、内部スペースに流れ連通して結合される。第１の冷却通路から離隔した第２の冷却通路（３０）は、正圧側面に形成される。第２の冷却通路は、内部スペースに流れ連通して結合される。カバー（６８）は、第１及び第２の冷却通路の少なくとも一部を覆って配置される。内部スペースは、冷却流体を第１及び第２の冷却通路に送り、該第１及び第２の冷却通路は、冷却流体を通過させて構成要素から熱を除去する。【選択図】      図１
2017002908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス経路構成要素（３８）であって、
第１の内部スペース（５４）を定める内表面（５２）と、正圧側面（５８）及び負圧側面（６０）を定める外表面（５０）と、後縁部分（６４）とを含み、前記正圧及び負圧側面が前記高温ガス経路構成要素の前縁（３６）及び後縁（４０）にて共に接合される基材（４８）と、
前記基材の後縁部分の負圧側面に形成され且つ前記第１の内部スペースに流れ連通して結合され、第１の端部及び第２の端部を含む第１の冷却通路（３０）と、
前記第１の冷却通路から離隔して前記基材の後縁部分の正圧側面に形成され且つ前記第１の内部スペースに流れ連通して結合され、第１の端部及び第２の端部を含む第２の冷却通路（３０）と、
前記第１及び第２の冷却通路の少なくとも一部を覆って配置されたカバー（６８）と、
を備え、
前記第１の内部スペースが冷却流体を前記第１及び第２の冷却通路に送り、前記第１及び第２の冷却通路が、前記冷却流体を通過させて前記カバー及び前記基材から熱を伝達するようにする、高温ガス経路構成要素。
【請求項２】
前記第１の内部スペース並びに前記第１の冷却通路及び前記第２の冷却通路のうちの少なくとも一方に流れ連通して結合された第１の入口通路（６２）を更に備える、請求項１に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項３】
前記第１の入口通路が、前記第１の内部スペース及び前記第１の冷却通路の第１の端部に流れ連通して結合され、前記高温ガス経路構成要素が更に、前記第１の内部スペース及び前記第２の冷却通路の第１の端部に流れ連通して結合された第２の入口通路（６２）を備える、請求項２に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項４】
前記基材が更に、前記正圧側面及び前記負圧側面の少なくとも一方に形成された凹部（５６）を含み、該凹部が、前記第１の冷却通路及び前記第２の冷却通路の少なくとも一方の第２の端部を定める少なくとも１つの凹状縁部（８０）を含む、請求項１に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項５】
前記カバーは、前記カバー（６８）の少なくとも１つの縁部が前記凹状縁部に当接するように前記凹部に配置される、請求項１に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項６】
前記第１及び第２の冷却通路の各々が、前記カバーを通って形成され且つ前記第１及び第２の冷却通路それぞれと流体連通して結合された複数の出口通路（７８）を含む、請求項１に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項７】
前記第１及び第２の冷却通路が、前記第２の端部において互いに対して流れ連通して結合される、請求項１に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項８】
前記第１及び第２の冷却通路に流れ連通して結合された出口通路（７８）を更に備え、該出口通路が、前記第１及び第２の冷却通路の第２の端部から前記基材の後縁まで延びている、請求項７に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項９】
前記基材の内表面が更に、前記第１の内部スペースから離隔した第２の内部スペース（８２）を含み、前記高温ガス経路構成要素が更に、前記第２の内部スペース並びに前記第１及び第２の冷却通路の第２の端部に流れ連通して結合された出口通路（７８）を備える、請求項１に記載の高温ガス経路構成要素。
【請求項１０】
前記第１の冷却通路及び前記第２の冷却通路の一方と流れ連通して結合された出口通路（７８）を更に備え、該出口通路が、前記後縁において前記正圧側面及び前記負圧側面の一方を通って形成される、請求項１に記載の高温ガス経路構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術分野は、全体的に、タービンエンジンに関し、より詳細には、後縁近傍壁冷却を有する高温ガス経路構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、発電などの分野において広く利用されている。従来のガスタービンシステムは、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。ガスタービンシステムの作動中、システムにおける様々な高温ガス経路構成要素が高温流に晒され、高温ガス経路構成要素の機能不全を引き起こす可能性がある。一般に、より高い温度の流れになるほど、ガスタービンシステムの性能、効率、及び出力が増大する結果をもたらし、すなわち、ガスタービンシステムにおいて望ましいので、高温流に晒される高温ガス経路構成要素は、ガスタービンシステムが高温の流れで作動できるように冷却を必要とする。
【０００３】
高温ガス経路構成要素の最大局所温度が、高温ガス経路構成要素の溶融温度に近づくと、強制空気冷却が必要となる。この理由から、ガスタービンバケット及びノズルの翼形部は、複雑な冷却方式を必要とする場合があり、この冷却方式は、空気（通常は抽気）が翼形部内の内部冷却通路を通じて強制的に送り込まれ、次いで、翼形部表面、前縁、及び／又は後縁に配置された冷却孔又は通路から排出されて、高温ガス経路構成要素から熱を伝達するようにする。
【０００４】
一部の既知のガスタービンシステムにおいて、高温ガス経路構成要素の冷却は、構成要素の翼形部キャビティ（例えば、ガスタービンの第１段ノズルの２又はそれ以上のキャビティ）内にインピンジメントインサートを配置することにより達成される。このような既知のシステムにおいて、ノズルベーンの正圧側面及び負圧側面は、インピンジメント冷却される。次いで、インピンジメント冷却後の空気が翼形部表面に沿ったフィルム孔を通って排出され又は追加の回路に送られて、翼形部後縁を対流冷却する。後方インピンジメントインサートを後縁まで拡張するのに十分なスペースを翼形部キャビティ内に設けるために、追加の後縁回路が必要とされることが多い。
【０００５】
高温流に晒される高温ガス経路構成要素を冷却する様々な方式が、当該技術分野で知られている。例えば、様々な後縁空気冷却回路は、翼形部の両側の間に延びるピンを利用し、後縁部分を冷却するための冷却流を受けるようにする。しかしながら、ピン冷却は、圧力低下を伴い、極めて短い距離で有用であることが多い。一部の既知の冷却システムにおいては、より低い圧力低下をもたらす乱流発生対流チャンネル設計が使用されている。しかしながら、このような既知の設計は、ノズルベーンの冷却性能要件に適合するのに不十分な冷却効率しか達成することができない。一部の既知の冷却システムは、２つの冷却特徴要素、すなわち、ピン冷却及び対流チャンネル冷却回路を兼ね備えているが、それでも、更に改善された冷却効率に対する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，８０７，９４３号明細書
【発明の概要】
【０００７】
１つの態様において、高温ガス経路構成要素が提供される。高温ガス経路構成要素は、外表面及び内表面を有する基材を含む。内表面は、第１の内部スペースを定める。外表面は、正圧側面及び負圧側面を定める。正圧及び負圧側面は、高温ガス経路構成要素の前縁及び後縁において共に接合される。基材は後縁部分を含む。高温ガス経路構成要素はまた、基材の後縁部分の負圧側面に形成され且つ第１の内部スペースに流れ連通して結合された第１の冷却通路を含む。第１の冷却通路は、第１の端部及び第２の端部を含む。第１の冷却通路から離隔した第２の冷却通路は、基材の後縁部分の正圧側面に形成される。第２の冷却通路は、第１の内部スペースに流れ連通して結合される。第２の冷却通路は、第１の端部及び第２の端部を含む。高温ガス経路構成要素はまた、第１及び第２の冷却通路の少なくとも一部を覆って配置されるカバーを含む。第１の内部スペースは、冷却流体を第１及び第２の冷却通路に送る。第１及び第２の冷却通路は、冷却流体を通過させて、カバー及び基材から熱を伝達するようにする。
【０００８】
別の態様において、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、圧縮機と、該圧縮機に結合されたタービンと、圧縮機及びタービンの少なくとも一方に配置された高温ガス経路構成要素と、を含む。高温ガス経路構成要素は、外表面及び内表面を有する基材を含む。内表面は、第１の内部スペースを定める。外表面は、正圧側面及び負圧側面を定める。正圧及び負圧側面は、高温ガス経路構成要素の前縁及び後縁において共に接合される。基材は後縁部分を含む。高温ガス経路構成要素はまた、基材の後縁部分の負圧側面に形成され且つ第１の内部スペースに流れ連通して結合された第１の冷却通路を含む。第１の冷却通路は、第１の端部及び第２の端部を含む。第１の冷却通路から離隔した第２の冷却通路は、基材の後縁部分の正圧側面に形成される。第２の冷却通路は、第１の内部スペースに流れ連通して結合される。第２の冷却通路は、第１の端部及び第２の端部を含む。高温ガス経路構成要素はまた、第１及び第２の冷却通路の少なくとも一部を覆って配置されるカバーを含む。第１の内部スペースは、冷却流体を第１及び第２の冷却通路に送る。第１及び第２の冷却通路は、冷却流体を通過させて、カバー及び基材から熱を伝達するようにする。
【０００９】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンのタービンの一部の概略図。
【図３】内部に形成される冷却システムの一部を例示した、図２に示す複数の高温ガス経路構成要素のうちの１つの高温ガス経路構成要素の典型的な翼形部の概略断面図。
【図４】翼形部の正圧側面及び負圧側面の両方にマイクロチャンネルが形成された翼形部の後縁部分を冷却するための構成の第１の実施形態を例示した、図２に示す高温ガス経路構成要素のうちの１つの高温ガス経路構成要素の別の典型的な翼形部の後縁部分の拡大図。
【図５】翼形部の後縁部分を冷却するための構成の第２の実施形態を例示した、図２に示す高温ガス経路構成要素のうちの１つの高温ガス経路構成要素の別の典型的な翼形部の後縁部分の拡大図。
【図６】翼形部の後縁部分を冷却するための構成の第３の実施形態を例示した、図２に示す高温ガス経路構成要素のうちの１つの高温ガス経路構成要素の別の典型的な翼形部の後縁部分の拡大図。
【図７】翼形部の後縁部分を冷却するための構成の第４の実施形態を例示した、図２に示す高温ガス経路構成要素のうちの１つの高温ガス経路構成要素の別の典型的な翼形部の後縁部分の拡大図。
【図８】翼形部の後縁部分を冷却するための構成の第５の実施形態を例示した、図２に示す高温ガス経路構成要素のうちの１つの高温ガス経路構成要素の別の典型的な翼形部の後縁部分の拡大図。
【図９】翼形部の後縁部分を冷却するための構成の第６の実施形態を例示した、図２に示す高温ガス経路構成要素のうちの１つの高温ガス経路構成要素の別の典型的な翼形部の後縁部分の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
別途指示されていない限り、本明細書で示される図面は、本開示の実施形態の特徴を例証するものとする。これらの特徴は、本開示の１又はそれ以上の実施形態を含む幅広い種類のシステムで適用可能であると考えられる。従って、図面は、本明細書で開示される実施形態の実施に必要とされる当業者には公知の従来の全ての特徴を含むことを意図するものではない。
【００１２】
以下の明細書及び請求項において幾つかの用語を参照するが、これらは以下の意味を有すると定義される。単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。本明細書及び請求項全体を通じてここで使用される近似表現は、関連する基本的機能の変更をもたらすことなく、許容範囲内で変わることのできるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」などの１又は複数の用語により修飾される値は、指定される厳密な値に限定されるものではない。少なくとも一部の事例において、近似表現は、値を測定する計器の精度に対応することができる。ここで、及び明細書及び請求項全体を通じて、範囲限界は組み合わせ及び／又は置き換えが可能であり、このような範囲は前後関係又は表現がそうでないことを示していない限り、識別され、ここに包含される部分範囲全てを含む。
【００１３】
図１は、回転機械すなわちターボ機械、及びより具体的にはタービンエンジンの概略図である。例示的な実施形態において、タービンエンジンは、ガスタービンエンジン１０である。或いは、回転機械は、限定ではないが、蒸気タービンエンジン、遠心圧縮機、及びターボチャージャを含む他の何れかのタービンエンジン及び／又は回転機械である。例示的な実施形態において、ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６及び燃料ノズル２０の各々のうちの少なくとも１つを含む。燃料ノズル２０は、燃焼器１４において燃料（図示せず）を噴射して加圧空気２４と混合するよう構成される。燃焼器１４は、燃料−空気混合気（図示せず）を点火して燃焼し、次いで、高温ガス流２２をタービン１６に送る。タービン１６は、固定ベーン又はブレード（図１には示さず）を有する１又はそれ以上のステータと、ステータと相対的に回転するブレード又はバケット（図１には示さず）を有する１又はそれ以上のロータと、を含む。高温ガス流２２は、タービンロータブレードを通過し、これによりタービンロータを回転駆動する。タービン１６は、単一の回転シャフト１８に結合され、高温ガス流２２がタービンロータブレードを通過するときに、シャフトを回転させるようになる。代替の実施形態において、回転シャフト１８は、共に結合されて回転シャフト１８を形成する複数のシャフトセグメントである。例示的な実施形態において、回転シャフト１８は、圧縮機１２に結合される。圧縮機１２は、回転シャフト１８により回転駆動されるロータ（図示せず）に固定装着される。空気が回転ブレードを通過すると、空気圧が増大し、これにより燃焼器１４に適切な燃焼に十分な加圧空気２４を提供する。
【００１４】
図２は、図１に示すガスタービンエンジン１０のタービン１６の一部の概略図である。例示的な実施形態において、タービン１６は、タービンブレード２６及びステータベーン２８を含む。本明細書で記載されるように、タービンブレード２６及びステータベーン２８は各々、高温ガス経路構成要素３８と呼ばれる。高温ガス経路構成要素は、ガスタービンエンジン１０を通る高温ガス流２２（例えば、１つの実施例において、高温ガス流２２の動作温度は、２５００°Ｆ（すなわち、約１３７１°Ｃ）を上回る場合）に少なくとも部分的に晒されるガスタービンエンジン１０の何れかの構成要素である。例えば、高温ガス経路構成要素３８は、限定ではないが、タービンブレード２６及び他のバケット組立体（ブレード又はブレード組立体としても知られる）、ステータベーン２８及び他のノズル組立体（ベーン又はベーン組立体としても知られる）、シュラウド組立体、移行部品、保持リング、及び圧縮機排気構成要素を含む。高温ガス経路構成要素３８は、上記の実施例に限定されず、高温ガス流２２に少なくとも部分的に晒されるあらゆる構成要素である。加えて、高温ガス経路構成要素３８は、ガスタービンエンジン１０の構成要素に限定されず、高温流に晒されるあらゆるタイプの構成要素とすることができる。タービン、翼形部及びマイクロチャンネルを利用した本明細書及び図面は単なる例示に過ぎない点を理解されたい。加えて、本明細書で記載されるマイクロチャンネルは、構成要素の冷却及び／又は構成要素の温度の維持のため水、蒸気、空気、燃料及び／又は他の好適な流体などの冷却流体が配向される何れかの好適な構成要素において用いることができる点は理解されたい。
【００１５】
高温ガス経路構成要素３８が高温ガス流２２に晒されると、高温ガス経路構成要素３８は、高温ガス流２２によって加熱され、高温ガス経路構成要素３８が実質的に劣化又は機能不全となる温度に達する可能性がある。従って、ガスタービンエンジン１０が高温ガス流２２と共に高温で作動できるようにするため、並びにガスタービンエンジン１０の効率、性能及び／又は寿命を増大させるために、高温ガス経路構成要素３８用の冷却システム４２が必要となる。本明細書で記載されるように、マイクロチャンネル冷却は、冷却特徴要素を高温ガス経路構成要素３８の加熱領域にできる限り近接して配置することにより高温ガス経路構成要素３８の冷却要件を有意に軽減し、従って、所与の熱伝達率に対して高温ガス経路構成要素３８の高温側と低温側との間の温度差を有意に縮小することを可能にする。
【００１６】
一般に、冷却システム４２は、高温ガス経路構成要素３８の表面に形成された一連の小通路又はマイクロチャンネル３０を含む。本明細書で使用される場合、「小さな」又は「マイクロ」チャンネルの寸法は、約０．００４インチ（ｉｎ．）（０．１０ミリメートル（ｍｍ））から約０．１００インチ（２．５４ｍｍ）の範囲の幅及び深さを含む。冷却流体（例えば、加圧空気２４）は、プレナムからマイクロチャンネルに提供され、該冷却流体は、マイクロチャンネルの各々を通って流れて、高温ガス経路構成要素３８を冷却する。
【００１７】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は各々、高温ガス流２２に直接晒される前縁３６を有する翼形部３２を含む。加えて、翼形部３２は、前縁３６の軸方向で反対側にある後縁４０を含む。高温ガス経路構成要素３８は、ガスタービンエンジン１０のケーシング３４を通じて圧縮機１２の１又はそれ以上の段から送られる加圧空気２４によって冷却される。例示的な実施形態において、加圧空気２４は、高温ガス流２２に晒される構成要素３８（例えば、タービンブレード２６及びステータベーン２８）を冷却するのに使用される冷却流体として説明される。代替の実施形態において、高温ガス流２２に晒される構成要素３８を冷却するのに、加圧空気２４以外の流体を用いてもよい。また、本明細書で使用される用語「流体」は、限定ではないが、ガス、蒸気及び空気を含め、流動するあらゆる媒体又は材料を含む点は理解されたい。例示的な実施形態において、少なくとも１つの冷却システム４２が各高温ガス経路構成要素３８に定められ、ケーシング３４に形成された冷却流体供給導管４４と流れ連通して結合される。例示的な実施形態において、冷却流体供給導管４４は、圧縮機１２に流体接続される。
【００１８】
作動時には、ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１２に空気を吸い込む。高回転速度で回転している圧縮機１２は、空気を圧縮又は加圧し、加圧空気２４の一部を燃焼器１４に送り、また、加圧空気２４の一部をガスタービンエンジン１０の他の区域に送って、ガスタービンエンジン１０により発生する熱に晒される構成要素３８の冷却に使用する。加圧空気２４は、燃焼器１４において燃料と混合されて点火され、高温ガス流２２を発生する。高温ガス流２２は、燃焼器１４からタービン１６に向けて送られ、ここで高温ガス流２２が高温ガス経路構成要素３８を通過して、ロータホイール４６に接続されたタービンブレード２６に衝突する。タービンブレード２６に衝突する高温ガス流２２によってロータホイール４６が回転する。高温ガス流２２はまた、高温ガス経路構成要素３８に熱を伝達する。加圧空気２４の一部は、高温ガス経路構成要素３８に形成された冷却システム４２を通って送られ、構成要素の冷却を可能にする。
【００１９】
例示的な高温ガス経路構成要素３８が、図３〜９を参照して本明細書で説明されている。図３〜９の複数の図面全体を通じて、対応する参照符号は対応する要素を示している。図３は、内部に形成される冷却システム４２の一部を例示した、図２の高温ガス経路構成要素３８のうちの１つの高温ガス経路構成要素３８の典型的な翼形部３２の概略断面図である。図４は、翼形部３２の正圧側面５８及び負圧側面６０の両方にマイクロチャンネル３０が形成された翼形部３２の後縁部分６４を冷却するための構成の第１の実施形態を例示した、図２の高温ガス経路構成要素３８のうちの１つの高温ガス経路構成要素３８の別の典型的な翼形部３２の後縁部分６４の拡大図である。高温ガス経路構成要素３８が高温ガス流２２に晒された場合、高温ガス経路構成要素３８に伝達される熱は、高温ガス経路構成要素３８が急激に劣化する恐れのある温度に達する可能性がある。冷却システム４２は、高温ガス経路構成要素３８の冷却を促進し、ガスタービンエンジン１０が高温の高温ガス流２２で機能できるようにし、これによりガスタービンエンジン１０の効率及び性能が向上する。
【００２０】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、外表面５０及び内表面５２を有する基材４８を含む。図示のように、例えば図３及び４において、内表面５２は、少なくとも１つの中空の内部スペース又はプレナム５４を定める。基材４８の外表面５０は、凹面状の正圧側面５８及び凸面状の負圧側面６０を定め、ここで正圧及び負圧側面５８，６０は、高温ガス経路構成要素３８の前縁３６及び後縁４０にて共に接合される。
【００２１】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、限定ではないがインベストメント鋳造プロセスなどの鋳造プロセスによって形成され、高温ガス経路構成要素３８の目的とする用途に応じて何れかの好適な材料で製造される。例えば、限定ではないが、高温ガス経路構成要素３８は、Ｎｉ基、Ｃｏ基、及び鉄基超合金及び同様のものから形成することができる。一部のＮｉ基超合金は、高温強度及び耐高温クリープ性を含む望ましい特性を兼ね備えていることに起因して、有利であることが知られている。基材４８を形成するのに使用される材料はまた、ＮｉＡｌ金属間化合物合金を含むことができ、これらの合金は、航空機で使用されるタービンエンジン用途で有利となる高温強度及び耐高温クリープ性を含む優れた特性を兼ね備えていることが知られている。代替の実施形態において、基材４８は、該基材４８が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの材料から形成される。
【００２２】
本明細書で記載されるように、冷却システム４２は、高温ガス経路構成要素３８の基材４８に形成された一連の小さな通路又はマイクロチャンネル３０を含む。例示的な実施形態において、マイクロチャンネル３０は、鋳造プロセスによって、或いは鋳造プロセスと仕上げ加工プロセスによって、基材４８の外表面５０に形成される。或いは、マイクロチャンネル３０は、様々な技法を用いて形成することができる。例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０を形成する技法は、レーザ加工、ウォータジェット加工、電解加工（ＥＣＭ）、放電加工（ＥＤＭ）、フォトリソグラフィー、又はマイクロチャンネルに適切なサイズ及び公差を提供できる他の何れかのプロセスを含む。ＥＤＭプロセスは、多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ユニットを含むことができる点は理解されたい。ＣＮＣユニットは、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸並びに回転軸を含む、複数の軸に沿ってカッティングツールを移動させることができる。加えて、マイクロチャンネル３０は、例えば、限定ではないが、直線、湾曲又は複数の湾曲部を有する、何らかの長さ方向の構成で第１の端部と第２の端部との間を延びることができる。
【００２３】
高温ガス経路構成要素３８の鋳造後、マイクロチャンネル３０は、基材４８の外表面５０に仕上げ加工することができる。マイクロチャンネル３０をプレナム５４に接続する１又はそれ以上の入口通路６２は、例えば、限定ではないが、放電加工（ＥＤＭ）又は本明細書で記載されるように入口通路６２を形成することができる何らかの従来の孔開け法を用いて孔開けされる。或いは、本明細書で記載されるようなマイクロチャンネル３０、入口通路６２、及びプレナム５４の少なくとも一部は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）処理を用いて３Ｄプリントされる。別の代替の実施形態において、翼形部３２の後縁部分６４は、ろう付け又は拡散接合により接合される加工要素により形成され、次いで、この後縁部分６４は、翼形部３２に接合される。本明細書で使用される場合、「後縁部分６４」は、前縁３６と後縁４０との間の基材４８の側部上で測定したときに、後縁４０からの基材４８の表面長さの約３０パーセント以内であることを意味する。
【００２４】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０に形成された１又はそれ以上の凹部５６を含む。マイクロチャンネル３０は、凹部５６の各々の底面６６に形成され、ろう付けシート又は予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）６８によって覆われる。凹部５６は、高温ガス経路構成要素３８の外表面から所定の実質的に均一な距離だけオフセットされ、凹部５６の底面６６が高温ガス経路構成要素３８の外表面５０の形状に一致するようになる。例えば、限定ではないが、翼形部３２の凸面状の負圧側面６０に形成される凹部５６は、翼形部表面形状に一致し、ろう付けシート６８の厚さに実質的に等しい所定距離だけオフセットされる。従って、当初の翼形部形状及び表面位置は、ろう付けシート６８を凹部５６に貼り付けることにより確定される。代替の実施形態において、基材４８は、凹部５６が存在せず、マイクロチャンネル３０は、外表面５０に形成される。別の実施形態において、凹部５６は、側面開放凹部であり、すなわち、凹部５６は、該凹部５６を境界付ける少なくとも１つの凹状縁部８０を含む。
【００２５】
図４に示すように、翼形部３２に形成されたマイクロチャンネル３０は、実質的に軸方向に、すなわち、高温ガス流２２と略平行に延びる。或いは、マイクロチャンネル３０は、何れかの相対的位置に配置され、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの方向に延びることができ、例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０は、蛇行構成を含むことができる。例示的な実施形態において、入口通路６２は、翼形部３２に流れ連通して個別に結合することができ、又は、共通のトラフ又はプレナム５４に流れ連通して結合することができる。出口通路７８は、マイクロチャンネル３０の排気端部を共に結合し、加圧空気２４を高温ガス経路構成要素３８の後縁４０を通じて排出することができ、或いは、共通のトラフ又はプレナム７０に流れ連通して結合することができる。例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、外表面５０の少なくとも一部及びろう付けシート６８を覆って、高温ガス経路構成要素３８上に保護材料層を形成するコーティング７２を含む。例示的な実施形態において、コーティング７２は、少なくとも２つの材料層、例えば、ボンドコート７４と熱障壁コーティング（ＴＢＣ）７６を含む。ボンドコート７４は、何らかの適切なボンディング材料である。例えば、限定ではないが、ボンドコート７４は、化学組成ＭＣｒＡｌ（Ｘ）を有し、ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉ並びにこれらの種々の組み合わせからなる群から選択された元素、Ｘは、ガンマプライムフォーマ、例えばＴａ、Ｒｅ及びＹ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉなどの反応性元素からなる固溶強化材、並びにＢ、Ｃ、及びこれらの組み合わせからなる粒界強化剤からなる群から選択された元素である。ボンドコート７４は、様々なプロセスによって（例えば、イオンプラズマ堆積プロセス又は溶射プロセスによって）基材４８及びろう付けシート６８に施工することができる。或いは、ボンドコート７４は、化学組成ＮｉＡｌ又はＰｔＡｌを有するコーティングのような拡散アルミナイドボンドコートとすることができ、例えば、気相アルミナイジング又は化学蒸着により基材４８及びろう付けシート６８に施工することができる。
【００２６】
ＴＢＣ７６は、何らかの適切な熱障壁材料である。例えば、限定ではないが、ＴＢＣ７６は、イットリア安定化ジルコニアであり、本明細書で記載される物理的蒸着プロセス又は溶射プロセスを通じて高温ガス経路構成要素３８に施工することができる。或いは、ＴＢＣ７６は、セラミックとすることができ、例えば限定ではないが、ＩＶ、Ｖ及びＶＩ族元素から形成された酸化物、又はＬａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｙｂなどのランタニド系列元素により変性された酸化物など、他の耐火性酸化物によって変性されたジルコニアの薄層である。
【００２７】
特定の構成において、コーティング７２は、産業用ガスタービン構成要素用として、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲、より詳細には、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲、更により詳細には、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の厚さを有する。しかしながら、特定の高温ガス経路構成要素３８の要件に応じて、他の厚さを利用することができる。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から形成することができ、コーティング７２は、１又はそれ以上の材料層を含む環境障壁コーティング（ＥＢＣ）系を含むことができる。
【００２８】
例示的な実施形態において、コーティング７２の層は、様々な技法を用いて高温ガス経路構成要素３８上に堆積される。１つの実施形態において、コーティング７２は、イオンプラズマ堆積を実施することにより、基材４８の外表面５０の少なくとも一部を覆って堆積される。要約すると、イオンプラズマ堆積は、コーティング材料から形成されたカソードを真空室内の真空環境に載置するステップと、真空環境内で基材４８を提供するステップと、カソードに電流を供給して、カソード表面上にカソードアークを形成し、カソード表面からコーティングの浸食又は蒸発を生じさせるステップと、カソードからのコーティング材料を基材の外表面５０上に堆積するステップと、を含む。１つの実施形態において、イオンプラズマ堆積プロセスは、プラズマ蒸着プロセスを含む。コーティング７２の非限定的な実施例は、構造コーティング、ボンドコート、酸化防止コーティング、及び熱障壁コーティングを含む。代替の実施形態において、コーティング７２は、溶射プロセスを実施することにより、基材４８の外表面５０の少なくとも一部を覆って堆積される。例えば、限定ではないが、溶射プロセスは、燃焼溶射及び／又はプラズマ溶射を含む。燃焼溶射プロセスは、高速酸素燃料溶射法（ＨＶＯＦ）又は高速空気燃料溶射法（ＨＶＡＦ）を含む。プラズマ溶射プロセスは、大気（空気又は不活性ガス）プラズマ溶射又は減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）を含み、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）としても知られる。或いは、コーティング７２の１又はそれ以上の層を堆積する技法は、限定ではないが、スパッタリング、電子ビーム物理蒸着、化学メッキ、電気メッキ、及びコーティング７２が本明細書で記載されるように機能するのを可能にする他の何れかのプロセスを含む。
【００２９】
図５は、翼形部３２の正圧側面５８及び負圧側面６０の両方にマイクロチャンネル３０が形成された翼形部３２の後縁部分６４を冷却するための構成の第２の実施形態を例示した、図２の高温ガス経路構成要素３８のうちの１つの高温ガス経路構成要素３８の別の典型的な翼形部３２の後縁部分６４の拡大図である。図５に示す実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０に形成された１又はそれ以上の凹部５６を含む。冷却システム４２は、凹部５６の各々の底面６６に形成され且つろう付けシート６８によって覆われた一連のマイクロチャンネル３０を含む。
【００３０】
例示的な実施形態において、マイクロチャンネル３０は、鋳造プロセスによって、或いは鋳造プロセスと仕上げ加工プロセスによって、形成される。或いは、マイクロチャンネル３０は、限定ではないが、レーザ加工、ウォータジェット加工、ＥＣＭプロセス、ＥＤＭプロセス、フォトリソグラフィー、又はマイクロチャンネルに適切なサイズ及び公差を提供できる他の何れかのプロセスを含む、様々な技法を用いて形成することができる。加えて、マイクロチャンネル３０は、例えば、限定ではないが、直線、湾曲又は複数の湾曲部を有する、何らかの長さ方向の構成を有することができる。高温ガス経路構成要素３８の鋳造後、マイクロチャンネル３０は、仕上げ加工することができる。マイクロチャンネル３０をプレナム５４に接続するために１又はそれ以上の入口通路６２が形成される。
【００３１】
例示的な実施形態において、凹部５６は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０から所定の実質的に均一な距離だけオフセットされ、凹部５６の底面６６が外表面５０の形状に一致するようになる。例えば、限定ではないが、翼形部３２の凸面状の負圧側面６０に形成される凹部５６は、翼形部表面形状に一致し、ろう付けシート６８の厚さに実質的に等しい所定距離だけオフセットされる。従って、当初の翼形部形状及び表面位置は、ろう付けシート６８を凹部５６に貼り付けることにより確定される。図５に示すように、凹部５６は、側面開放凹部であり、すなわち、凹部５６は、後縁４０において凹部５６を境界付ける凹状縁部８０を含む。ろう付けシート６８の少なくとも１つの縁部は、凹状縁部８０に当接する。
【００３２】
図５に示すように、翼形部３２に形成されたマイクロチャンネル３０は、実質的に軸方向に、すなわち、高温ガス流２２と略平行に延びる。或いは、マイクロチャンネル３０は、何れかの相対的位置に配置され、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの方向に延びることができ、例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０は、蛇行構成を含むことができる。或いは、マイクロチャンネル３０は、何れかの相対的位置に配置され、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの方向に延びることができ、例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０は、蛇行構成を含むことができる。例示的な実施形態において、入口通路６２は、プレナム５４に流れ連通して個別に結合することができる。高温ガス経路構成要素３８は、マイクロチャンネル３０と流れ連通して形成された１又はそれ以上のフィルム冷却孔又は出口通路７８を含み、後縁部分６４に沿って側面５８，６０のうちの少なくとも一方を通って加圧空気２４を排出する。出口通路７８は、該出口通路７８が本明細書で記載されるように機能することを可能にする形状にされた何れかの通路又は孔とすることができる。１つの実施形態において、マイクロチャンネル３０は、マイクロチャンネル３０の端部にほぼ位置付けられた単一の出口通路７８を含む。例示の実施形態において、マイクロチャンネル３０は、マイクロチャンネル３０の長さに沿って離間して配置される１つよりも多い出口通路７８を含み、すなわち、トレンチ出口マイクロチャンネルを形成する。各離散的マイクロチャンネル３０は、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの数のフィルム冷却孔又は出口通路７８を含むことができることは企図される。
【００３３】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、外表面５０の少なくとも一部及びろう付けシート６８を覆って形成されるコーティング７２を含む。本明細書で記載されるように、コーティング７２は、少なくとも２つの材料層、例えば、ボンドコート７４と熱障壁コーティング（ＴＢＣ）７６を含む。ボンドコート７４は、本明細書で記載される何らかの適切なボンディング材料であり、ＴＢＣ７６は、本明細書で記載される何らかの適切な熱障壁材料である。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から形成することができ、コーティング７２は、１又はそれ以上の材料層を含む環境障壁コーティング（ＥＢＣ）系を含むことができる。
【００３４】
図６は、翼形部３２の正圧側面５８及び負圧側面６０の両方にマイクロチャンネル３０が形成された翼形部３２の後縁部分６４を冷却するための構成の第３の実施形態を例示した、図２の高温ガス経路構成要素３８のうちの１つの高温ガス経路構成要素３８の別の典型的な翼形部３２の後縁部分６４の拡大図である。図６に示す実施形態において、高温ガス経路構成要素３８の冷却システム４２は、翼形部３２の外表面５０に形成され且つろう付けシート６８によって覆われた一連のマイクロチャンネル３０を含む。本明細書で記載されるように、マイクロチャンネル３０は、鋳造プロセスによって、或いは鋳造プロセスと仕上げ加工プロセスによって、形成される。或いは、マイクロチャンネル３０は、限定ではないが、レーザ加工、ウォータジェット加工、ＥＣＭプロセス、ＥＤＭプロセス、フォトリソグラフィー、又はマイクロチャンネルに適切なサイズ及び公差を提供できる他の何れかのプロセスを含む、様々な技法を用いて形成することができる。加えて、マイクロチャンネル３０は、例えば、限定ではないが、直線、湾曲又は複数の湾曲部を有する、何らかの長さ方向の構成を有することができる。高温ガス経路構成要素３８の鋳造後、マイクロチャンネル３０は、仕上げ加工することができる。マイクロチャンネル３０をプレナム５４に接続するために１又はそれ以上の入口通路６２が形成される。
【００３５】
例示的な実施形態において、ろう付けシート６８は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０に結合され、外表面５０の形状に一致する。例えば、限定ではないが、翼形部３２の凸面状の負圧側面６０に結合されたろう付けシート６８は、翼形部の表面形状に一致し、適切な翼形部設計を維持するようにする。従って、当初の翼形部形状及び外表面位置は、ろう付けシート６８を翼形部３２に貼り付けることにより確定される。
【００３６】
図６に示すように、マイクロチャンネル３０は、実質的に軸方向に、すなわち高温ガス流２２と略平行に延びる。或いは、マイクロチャンネル３０は、何れかの相対的位置に配置され、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの方向に延びることができ、例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０は、蛇行構成を含むことができる。例示的な実施形態において、入口通路６２は、プレナム５４に流れ連通して個別に結合することができる。出口通路７８は、該出口通路７８が本明細書で記載されるように機能することを可能にする形状にされた何らかの通路又は孔とすることができる。例示的な実施形態において、マイクロチャンネル３０は、各マイクロチャンネル３０の端部においてほぼ一列になって位置付けられた単一の出口通路７８を含む。各離散的マイクロチャンネル３０は、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にするため、例えばマイクロチャンネル３０に沿って離間された１つよりも多い出口通路７８を含み、側面５８，６０のうちの少なくとも一方を通って加圧空気２４を排出することは企図される。
【００３７】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、外表面５０の少なくとも一部及びろう付けシート６８を覆って形成されるコーティング７２を含む。本明細書で記載されるように、コーティング７２は、少なくとも２つの材料層、例えば、ボンドコート７４と熱障壁コーティング（ＴＢＣ）７６を含む。ボンドコート７４は、本明細書で記載される何らかの適切なボンディング材料であり、ＴＢＣ７６は、本明細書で記載される何らかの適切な熱障壁材料である。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から形成することができ、コーティング７２は、１又はそれ以上の材料層を含む環境障壁コーティング（ＥＢＣ）系を含むことができる。
【００３８】
図７は、翼形部３２の正圧側面５８及び負圧側面６０の両方にマイクロチャンネル３０が形成された翼形部３２の後縁部分６４を冷却するための構成の第４の実施形態を例示した、図２の高温ガス経路構成要素３８のうちの１つの高温ガス経路構成要素３８の別の典型的な翼形部３２の後縁部分６４の拡大図である。図７に示す実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０に形成された１又はそれ以上の凹部５６を含む。冷却システム４２は、凹部５６の各々の底面６６に形成され且つろう付けシート６８によって覆われた一連のマイクロチャンネル３０を含む。
【００３９】
例示的な実施形態において、マイクロチャンネル３０は、鋳造プロセスによって、或いは鋳造プロセスと仕上げ加工プロセスによって、形成される。或いは、マイクロチャンネル３０は、限定ではないが、レーザ加工、ウォータジェット加工、ＥＣＭプロセス、ＥＤＭプロセス、フォトリソグラフィー、又はマイクロチャンネルに適切なサイズ及び公差を提供できる他の何れかのプロセスを含む、様々な技法を用いて形成することができる。加えて、マイクロチャンネル３０は、例えば、限定ではないが、直線、湾曲又は複数の湾曲部を有する、何らかの長さ方向の構成を有することができる。高温ガス経路構成要素３８の鋳造後、マイクロチャンネル３０は、仕上げ加工することができる。マイクロチャンネル３０をプレナム５４に接続するために１又はそれ以上の入口通路６２が形成される。
【００４０】
例示的な実施形態において、凹部５６は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０から所定の実質的に均一な距離だけオフセットされ、凹部５６の底面６６が外表面５０の形状に一致するようになる。例えば、限定ではないが、翼形部３２の凸面状の負圧側面６０に形成される凹部５６は、翼形部表面形状に一致し、ろう付けシート６８の厚さに実質的に等しい所定距離だけオフセットされる。従って、当初の翼形部形状及び表面位置は、ろう付けシート６８を凹部５６に貼り付けることにより確定される。図７に示すように、凹部５６は、側面開放凹部であり、すなわち、凹部５６は、後縁４０において凹部５６を境界付ける凹状縁部８０を含む。
【００４１】
図７に示すように、マイクロチャンネル３０は、実質的に軸方向に、すなわち高温ガス流２２と略平行に延びる。或いは、マイクロチャンネル３０は、何れかの相対的位置に配置され、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの方向に延びることができ、例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０は、蛇行構成を含むことができる。例示的な実施形態において、入口通路６２は、プレナム５４に流れ連通して個別に結合することができる。出口通路７８は、マイクロチャンネル３０及び共通の出口トラフ又は出口プレナム８４に流れ連通して結合されて、高温ガス経路構成要素３８の後縁４０に近接した加圧空気２４を排出する。例示的な実施形態において、出口プレナム８４は、後縁４０から上流側に配置され、図７に示されるマイクロチャンネル３０に対して平面外に位置し且つ後縁部分６４に沿った側面５６，６０のうちの少なくとも一方を通って延びる１又はそれ以上の出口通路又はフィルム冷却孔（図示せず）を通って加圧空気２４を排出する。
【００４２】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、外表面５０の少なくとも一部及びろう付けシート６８を覆って形成されるコーティング７２を含む。本明細書で記載されるように、コーティング７２は、少なくとも２つの材料層、例えば、ボンドコート７４と熱障壁コーティング（ＴＢＣ）７６を含む。ボンドコート７４は、本明細書で記載される何らかの適切なボンディング材料であり、ＴＢＣ７６は、本明細書で記載される何らかの適切な熱障壁材料である。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から形成することができ、コーティング７２は、１又はそれ以上の材料層を含む環境障壁コーティング（ＥＢＣ）系を含むことができる。
【００４３】
図８は、翼形部３２の正圧側面５８及び負圧側面６０の両方にマイクロチャンネル３０が形成された翼形部３２の後縁部分６４を冷却するための構成の第５の実施形態を例示した、図２の高温ガス経路構成要素３８のうちの１つの高温ガス経路構成要素３８の別の典型的な翼形部３２の後縁部分６４の拡大図である。図８に示す実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０に形成された１又はそれ以上の凹部５６を含む。冷却システム４２は、凹部５６の各々の底面６６に形成され且つろう付けシート６８によって覆われた一連のマイクロチャンネル３０を含む。
【００４４】
例示的な実施形態において、マイクロチャンネル３０は、鋳造プロセスによって、或いは鋳造プロセスと仕上げ加工プロセスによって、形成される。或いは、マイクロチャンネル３０は、限定ではないが、レーザ加工、ウォータジェット加工、ＥＣＭプロセス、ＥＤＭプロセス、フォトリソグラフィー、又はマイクロチャンネルに適切なサイズ及び公差を提供できる他の何れかのプロセスを含む、様々な技法を用いて形成することができる。加えて、マイクロチャンネル３０は、例えば、限定ではないが、直線、湾曲又は複数の湾曲部を有する、何らかの長さ方向の構成を有することができる。高温ガス経路構成要素３８の鋳造後、マイクロチャンネル３０は、仕上げ加工することができる。
【００４５】
例示的な実施形態において、凹部５６は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０から所定の実質的に均一な距離だけオフセットされ、凹部５６の底面６６が外表面５０の形状に一致するようになる。例えば、限定ではないが、翼形部３２の凸面状の負圧側面６０に形成される凹部５６は、翼形部表面形状に一致し、ろう付けシート６８の厚さに実質的に等しい所定距離だけオフセットされる。従って、当初の翼形部形状及び表面位置は、ろう付けシート６８を凹部５６に貼り付けることにより確定される。図８に示すように、凹部５６は、側面開放凹部であり、すなわち、凹部５６は、後縁４０において凹部５６を境界付ける凹状縁部８０を含む。
【００４６】
例示的な実施形態において、入口通路６２は、マイクロチャンネル３０をプレナム５４に接続するよう実質的に軸方向に形成される。詳細には、入口通路６２は、プレナム５４から前方に延び、後縁４０において１又はそれ以上のマイクロチャンネル３０と流れ連通して結合されている。加圧空気２４がプレナム５４を通って流れると、その後で入口通路６２を通って排出される。加圧空気２４は、マイクロチャンネル３０に向かって後方に移動し、ここで前方に急旋回し、マイクロチャンネル３０の各々を通って移動する。図８に示すように、マイクロチャンネル３０は、実質的に軸方向に、すなわち、高温ガス流２２と略平行に延びる。或いは、マイクロチャンネル３０は、何れかの相対的位置に配置され、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの方向に延びることができ、例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０は、蛇行構成を含むことができる。
【００４７】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、マイクロチャンネル３０と流れ連通して形成された１又はそれ以上のフィルム冷却孔又は出口通路７８を含み、後縁部分６４に沿って側面５８，６０のうちの少なくとも一方を通って加圧空気２４を排出する。出口通路７８は、該出口通路７８が本明細書で記載されるように機能することを可能にする形状にされた何れかの通路又は孔とすることができる。１つの実施形態において、マイクロチャンネル３０は、マイクロチャンネル３０の前端にほぼ位置付けられた単一の出口通路７８を含む。例示の実施形態において、マイクロチャンネル３０は、１つの出口通路７８を含む。或いは、マイクロチャンネル３０は、マイクロチャンネル３０の長さに沿って離間して配置される１つよりも多い出口通路７８を含み、すなわち、トレンチ出口マイクロチャンネルを形成する。各離散的マイクロチャンネル３０は、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの数のフィルム冷却孔又は出口通路７８を含むことができることは企図される。
【００４８】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、外表面５０の少なくとも一部及びろう付けシート６８を覆って形成されるコーティング７２を含む。本明細書で記載されるように、コーティング７２は、少なくとも２つの材料層、例えば、ボンドコート７４と熱障壁コーティング（ＴＢＣ）７６を含む。ボンドコート７４は、本明細書で記載される何らかの適切なボンディング材料であり、ＴＢＣ７６は、本明細書で記載される何らかの適切な熱障壁材料である。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から形成することができ、コーティング７２は、１又はそれ以上の材料層を含む環境障壁コーティング（ＥＢＣ）系を含むことができる。
【００４９】
図９は、翼形部３２の正圧側面５８及び負圧側面６０の両方にマイクロチャンネル３０が形成された翼形部３２の後縁部分６４を冷却するための構成の第６の実施形態を例示した、図２の高温ガス経路構成要素３８のうちの１つの高温ガス経路構成要素３８の別の典型的な翼形部３２の後縁部分６４の拡大図である。図９に示す実施形態において、高温ガス経路構成要素３８の冷却システム４２は、翼形部３２の外表面５０に形成され且つろう付けシート６８によって覆われた一連のマイクロチャンネル３０を含む。本明細書で記載されるように、マイクロチャンネル３０は、鋳造プロセスによって、或いは鋳造プロセスと仕上げ加工プロセスによって、形成される。或いは、マイクロチャンネル３０は、限定ではないが、レーザ加工、ウォータジェット加工、ＥＣＭプロセス、ＥＤＭプロセス、フォトリソグラフィー、又はマイクロチャンネルに適切なサイズ及び公差を提供できる他の何れかのプロセスを含む、様々な技法を用いて形成することができる。加えて、マイクロチャンネル３０は、例えば、限定ではないが、直線、湾曲又は複数の湾曲部を有する、何らかの長さ方向の構成を有することができる。高温ガス経路構成要素３８の鋳造後、マイクロチャンネル３０は、仕上げ加工することができる。マイクロチャンネル３０をプレナム５４に接続するために１又はそれ以上の入口通路６２が形成される。
【００５０】
例示的な実施形態において、ろう付けシート６８は、高温ガス経路構成要素３８の外表面５０に結合され、外表面５０の形状に一致する。例えば、限定ではないが、翼形部３２の凸面状の負圧側面６０に結合されたろう付けシート６８は、翼形部の表面形状に一致し、適切な翼形部設計を維持するようにする。従って、当初の翼形部形状及び外表面位置は、ろう付けシート６８を翼形部３２に貼り付けることにより確定される。
【００５１】
図９に示すように、マイクロチャンネル３０は、実質的に軸方向に、すなわち高温ガス流２２と略平行に延びる。或いは、マイクロチャンネル３０は、何れかの相対的位置に配置され、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする何れかの方向に延びることができ、例えば、限定ではないが、マイクロチャンネル３０は、蛇行構成を含むことができる。例示的な実施形態において、入口通路６２は、プレナム５４に流れ連通して個別に結合することができる。
【００５２】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、後縁４０にてマイクロチャンネル３０の１つと流れ連通して形成された出口通路７８を含み、加圧空気２４を翼形部３２の後縁４０の一方の側部に排出する。出口通路７８は、該出口通路７８が本明細書で記載されるように機能することを可能にする形状にされた何らかの通路又は孔とすることができる。出口通路７８は、各マイクロチャンネル３０の後端においてほぼ一列になって位置付けられる。このような実施形態において、反対側の側部のマイクロチャンネル３０は、閉鎖マイクロチャンネルであり、すなわち、出口通路７８を有していない。図示のように、閉鎖マイクロチャンネル３０は、後縁４０に達する前に終端し、反対側の側部のマイクロチャンネル３０が翼形部３２の後縁の両側部に冷却を提供できるようにすることができる。図９に例示される実施形態において、直交流通路８４は、後縁４０においてマイクロチャンネル３０の各々の間に結合され、加圧空気２４がマイクロチャンネル３０の各々を通って流れて、単一の出口通路７８を通って流出できるようにする。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、閉鎖マイクロチャンネル３０に流れ連通して結合されたフィルム冷却孔８６を含む。
【００５３】
例示的な実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、外表面５０の少なくとも一部及びろう付けシート６８を覆って形成されるコーティング７２を含む。本明細書で記載されるように、コーティング７２は、少なくとも２つの材料層、例えば、ボンドコート７４と熱障壁コーティング（ＴＢＣ）７６を含む。ボンドコート７４は、本明細書で記載される何らかの適切なボンディング材料であり、ＴＢＣ７６は、本明細書で記載される何らかの適切な熱障壁材料である。代替の実施形態において、高温ガス経路構成要素３８は、高温セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から形成することができ、コーティング７２は、１又はそれ以上の材料層を含む環境障壁コーティング（ＥＢＣ）系を含むことができる。
【００５４】
作動時には、加圧空気２４は、入口通路６２及びマイクロチャンネル３０における圧力よりもほぼ高い圧力で冷却システム４２及び詳細にはプレナム５４を通って流れる。この圧力差により、冷却システム４２内に含まれる加圧空気２４が入口通路６２に流入して通過し、入口通路６２からマイクロチャンネル３０に流入して通過する。入口通路６２は、コーティング７２に対流冷却を提供するよう構成される。例えば、限定ではないが、入口通路６２は、加圧空気２４が比較的高速度でろう付けシート６８に衝突できるように、ろう付けシート６８に対してある角度で配向され、このようにして加圧空気２４の冷却効果を向上させるようにする。加圧空気２４が入口通路６２を通って流れ、マイクロチャンネル３０に提供されると、加圧空気２４は、ろう付けシート６８に衝突し、コーティング７２の対流冷却を提供する。加圧空気２４が、マイクロチャンネル３０、コーティング７２及び基材４８の外表面５０を流れた後、加圧空気２４は、出口通路７８を通ってマイクロチャンネル３０から排出することができる。例えば、限定ではないが、１つの実施形態において、加圧空気２４は、翼形部３２の後縁４０から排出されて、高温ガス流２２の経路に入る。出口通路７８は、冷却システム４２が本明細書で記載されるように機能することを可能にする形状にされた何れかの孔又は通路とすることができる点は理解されたい。
【００５５】
本明細書で記載されるシステム及び方法は、高い熱伝達率で高温ガス経路構成要素３８の後縁部分６４を冷却可能にし、近傍壁冷却マイクロチャンネル３０の使用により比較的均一な温度プロファイルを有する。具体的には、マイクロチャンネル３０の幾何形状により、後縁部分６４の冷却効率を改善することができる。マイクロチャンネル３０及びろう付けシート６８の製造により、集積度が増大し、マイクロチャンネル３０のサイズが低減されて、熱伝達効率が最適化される。冷却システム４２は、高温ガス経路構成要素３８の寿命を増大させ、高温ガス経路構成要素３８をより高い温度の高温ガス流２２と共に利用できるようにし、すなわち、ガスタービンエンジン１０の性能及び効率が向上する。
【００５６】
本明細書で記載されるシステム及び方法は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されない。例えば、各装置及びシステムの構成要素は、本明細書で記載される他の構成要素とは独立して別個に利用することができる。例えば、システム及び方法はまた、他のタービンシステムと組み合わせて用いることができ、本明細書で記載されるガスタービンエンジンと実施することにのみ限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の用途に関連して実施及び利用することができる。
【００５７】
本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。本開示の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び／又は特許請求することができる。
【００５８】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本明細書で記載されるシステムを開示しており、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本開示を実施することを可能にする。本開示の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、又は請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００５９】
様々な特定の実施形態に関して本開示を説明してきたが、本開示の技術的思想から逸脱することなく、種々の変更を実施することができることは、当業者出あれば理解されるであろう。
【００６０】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
高温ガス経路構成要素であって、
第１の内部スペースを定める内表面と、正圧側面及び負圧側面を定める外表面と、後縁部分とを含み、上記正圧及び負圧側面が上記高温ガス経路構成要素の前縁及び後縁にて共に接合される基材と、
上記基材の後縁部分の負圧側面に形成され且つ上記第１の内部スペースに流れ連通して結合され、第１の端部及び第２の端部を含む第１の冷却通路と、
上記第１の冷却通路から離隔して上記基材の後縁部分の正圧側面に形成され且つ上記第１の内部スペースに流れ連通して結合され、第１の端部及び第２の端部を含む第２の冷却通路と、
上記第１及び第２の冷却通路の少なくとも一部を覆って配置されたカバーと、
を備え、
上記第１の内部スペースが冷却流体を上記第１及び第２の冷却通路に送り、上記第１及び第２の冷却通路が、上記冷却流体を通過させて上記カバー及び上記基材から熱を伝達するようにする、高温ガス経路構成要素。
［実施態様２］
上記第１の内部スペース並びに上記第１の冷却通路及び上記第２の冷却通路のうちの少なくとも一方に流れ連通して結合された第１の入口通路を更に備える、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様３］
上記第１の入口通路が、上記第１の内部スペース及び上記第１の冷却通路の第１の端部に流れ連通して結合され、上記高温ガス経路構成要素が更に、上記第１の内部スペース及び上記第２の冷却通路の第１の端部に流れ連通して結合された第２の入口通路を備える、実施態様２に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様４］
上記基材が更に、上記正圧側面及び上記負圧側面の少なくとも一方に形成された凹部を含み、該凹部が、上記第１の冷却通路及び上記第２の冷却通路の少なくとも一方の第２の端部を定める少なくとも１つの凹状縁部を含む、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様５］
上記カバーは、上記カバーの少なくとも１つの縁部が上記凹状縁部に当接するように上記凹部に配置される、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様６］
上記第１及び第２の冷却通路の各々が、上記カバーを通って形成され且つ上記第１及び第２の冷却通路それぞれと流体連通して結合された複数の出口通路を含む、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様７］
上記第１及び第２の冷却通路が、上記第２の端部において互いに対して流れ連通して結合される、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様８］
上記第１及び第２の冷却通路に流れ連通して結合された出口通路を更に備え、該出口通路が、上記第１及び第２の冷却通路の第２の端部から上記基材の後縁まで延びている、実施態様７に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様９］
上記基材の内表面が更に、上記第１の内部スペースから離隔した第２の内部スペースを含み、上記高温ガス経路構成要素が更に、上記第２の内部スペース並びに上記第１及び第２の冷却通路の第２の端部に流れ連通して結合された出口通路を備える、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様１０］
上記第１の冷却通路及び上記第２の冷却通路の一方と流れ連通して結合された出口通路を更に備え、該出口通路が、上記後縁において上記正圧側面及び上記負圧側面の一方を通って形成される、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様１１］
上記第２の端部において上記第１の冷却通路と上記第２の冷却通路との間に結合された直交流通路を更に備え、該直交流通路は、冷却流体が上記第１及び第２の冷却通路の各々を通って流れて、上記出口通路を通って流出できるように構成されている、実施態様１に記載の高温ガス経路構成要素。
［実施態様１２］
圧縮機と、
上記圧縮機に結合されたタービンと、
上記タービンに配置された高温ガス経路構成要素と、
を備えるガスタービンエンジンであって、
上記高温ガス経路構成要素が、
第１の内部スペースを定める内表面と、正圧側面及び負圧側面を定める外表面と、後縁部分とを含み、上記正圧及び負圧側面が上記高温ガス経路構成要素の前縁及び後縁にて共に接合される基材と、
上記基材の後縁部分の負圧側面に形成され且つ上記第１の内部スペースに流れ連通して結合され、第１の端部及び第２の端部を含む第１の冷却通路と、
上記第１の冷却通路から離隔して上記基材の後縁部分の正圧側面に形成され且つ上記第１の内部スペースに流れ連通して結合され、第１の端部及び第２の端部を含む第２の冷却通路と、
上記第１及び第２の冷却通路の少なくとも一部を覆って配置されたカバーと、
を備え、
上記第１の内部スペースが冷却流体を上記第１及び第２の冷却通路に送り、上記第１及び第２の冷却通路が、上記冷却流体を通過させて上記カバー及び上記基材から熱を伝達するようにする、ガスタービンエンジン。
［実施態様１３］
冷却流体供給導管を含むケーシングを更に備える、実施態様１２に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１４］
上記冷却流体供給導管が、上記第１の内部スペースに流体連通して結合される、実施態様１３に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１５］
上記高温ガス経路構成要素が更に、基材の外表面の少なくとも一部に沿って配置されたコーティングを含み、該コーティングが、上記カバーの少なくとも一部を覆って延在する、実施態様１２に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１６］
上記第１の内部スペース並びに上記第１の冷却通路及び上記第２の冷却通路のうちの少なくとも一方に流れ連通して結合された第１の入口通路を更に備える、実施態様１２に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１７］
上記基材には凹部が形成され、該凹部が底面を含み、第１及び第２の冷却通路の少なくとも一方が、上記凹部の底面に沿って少なくとも部分的に延在する、実施態様１２に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１８］
上記カバーは、該カバーの少なくとも１つの縁部が凹状縁部に当接するように上記凹部に配置される、実施態様１７に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様１９］
上記凹部の深さが、上記基材の外表面に対して均一且つ一致する深さである、実施態様１７に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様２０］
上記凹部の深さが、上記カバーの厚さに実質的に等しい、実施態様１９に記載のガスタービンエンジン。
【符号の説明】
【００６１】
１０  ガスタービンエンジン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  回転シャフト
２０  燃料ノズル
２２  高温ガス流 
２４  加圧空気
２６  タービンブレード
２８  ステータベーン
３０  マイクロチャンネル
３２  翼形部
３４  ケーシング
３６  前縁
３８  高温ガス経路構成要素
４０  後縁
４２  冷却システム
４４  冷却流体供給導管
４６  ロータホイール
４８  基材
５０  外表面
５２  内表面
５４  プレナム
５６  凹部
５８  正圧側面
６０  負圧側面
６２  入口通路
６４  後縁部分
６６  底面
６８  ろう付けシート／プリフォーム（ＰＳＰ）
７０  端部プレナム
７２  コーティング
７４  ボンドコート
７６  コーティング（ＴＢＣ）
７８  出口通路
８０  凹状縁部
８２  出口プレナム
８４  直交流通路
８６  フィルム冷却孔
【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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【外国語明細書】
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