(57)【要約】      （修正有）【課題】高温流体流通に設けられる空力的形状の本体を冷却する装置を提供する。【解決手段】空力的形状の本体１は、キャンバ線１００に沿って前縁１１から後縁１２へ延び、冷却材供給プレナムを含み、冷却材供給プレナムは本体１の壁により境界付けられ、本体１の壁はキャンバ線１００の第１の側からキャンバ線１００の第２の側に向かって延びて前縁１１を超え、それにより前縁壁セクションがもたらされる。第１の前縁冷却ダクト２０が内面から外面へ延び、入口開口部２１を通して冷却材供給プレナムと流体連通し、吐出開口部２２を通して外面に開いている。入口開口部２１はキャンバ線１００の第１の側上に設けられ、吐出開口部２２はキャンバ線１００の第２の側上に設けられ、前縁冷却ダクト２０は、壁内をキャンバ線１００の第１の側からキャンバ線１００の第２の側に向かって延び、前縁１１領域においてキャンバ線１００を横切る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温流体流中で使用される空力的形状の本体（１）であって、前記本体（１）は、キャンバ線（１００、２００）に沿って前縁（１１）から後縁（１２）に向かって延び、かつ、前記本体内に設けられた少なくとも１つの冷却材供給プレナム（１０１）を含み、前記冷却材供給プレナムは、本体の壁により境界付けられ、前記本体の壁は、前記キャンバ線（１００、２００）の第１の側から前記キャンバ線（１００、２００）の第２の側に向かって延びて前記前縁（１１）を超え、それにより、前縁壁セクションが提供され、前記壁は、前記冷却材供給プレナム（１０１）に面する内面と、外面とをさらに含み、少なくとも１つの第１の前縁冷却ダクト（２０）が前記内面から前記外面へ延び、入口開口部（２１）を通して前記冷却材供給プレナム（１０１）と流体連通し、かつ、吐出開口部（２２）を通して前記外面に開いている、前記本体（１）において、
前記入口開口部（２１）は前記キャンバ線（１００、２００）の第１の側上に設けられ、前記吐出開口部（２２）は前記キャンバ線（１００、２００）の第２の側上に設けられ、前記前縁冷却ダクト（２０）は、前記壁内に設けられ、前記壁内を、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側から前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側に向かって延び、それにより、前縁（１１）領域において前記キャンバ線（１００、２００）を横切ることを特徴とする本体（１）。
【請求項２】
第２の前縁冷却ダクト（３０）は、前記壁の前記内面内の入口開口部（３１）を通して前記冷却材供給プレナム（１０１）と流体連通するように設けられ、吐出開口部（３２）を通して前記外面に開いており、前記入口開口部（３１）は、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側上に設けられ、前記吐出開口部（３２）は、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側上に設けられ、前記第２の前縁冷却ダクト（３０）は、前記壁内に設けられ、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側から前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側に向かって延び、それにより、前記前縁（１１）領域において前記キャンバ線（１００、２００）を横切ることを特徴とする、請求項１に記載の本体（１）。
【請求項３】
多数の第１の前縁冷却ダクト（２０）及び第２の前縁冷却ダクト（３０）が、前記本体のスパン範囲（２）に沿って交互に配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の本体（１）。
【請求項４】
前記前縁壁セクションの内面は、前記本体（１）の前記スパン範囲（２）に沿って波状であり、エンボス加工部の前記位置は、前記前縁冷却ダクト（２０、３０）の前記位置に対応することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の本体（１）。
【請求項５】
前記本体（１）の前記壁は、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側上に設けられた第１の側壁セクションと、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側上に設けられた第２の側壁セクションとを含み、前記側壁セクションの各々は、前記本体（１）の外面の一部を構成し、前記前縁壁セクションから前記後縁（１２）へ延びる外面を有し、側壁冷却ダクト（４０、５０）は、前記第１及び第２の側壁セクションの少なくとも１つの中に設けられ、かつ、前記壁の内面内に設けられ、前記本体の外面上に設けられた吐出開口部（４２、５２）へ延びる入口開口部（４１、５１）を通して前記冷却材供給プレナム（１０１）と流体連通し、前記吐出開口部（４２、５２）は、前記入口開口部（４１、５１）よりも前記後縁（１２）のより近くに配置され、特定的には、前記側壁冷却ダクト（４０、５０）は、少なくとも本質的に、前記本体（１）の外形に追随する前記側壁セクション内のセクションを含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の本体（１）。
【請求項６】
第１の多数の前縁冷却ダクト（２０、３０）及び第２の多数の側壁冷却ダクト（４０、５０）を含み、前記第１の多数の前縁冷却ダクトは、前記第１及び第２の側壁セクションのいずれかの中に設けられた前記第２の多数の側壁冷却ダクトの数を上回ることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の本体（１）。
【請求項７】
前記後縁（１２）は、前記本体の前記スパン範囲（２）に沿って波状に設けられ、特定的には、前記前縁（１１）は、前記本体の前記スパン範囲（２）に沿って非波状に設けられることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の本体（１）。
【請求項８】
前記冷却ダクト（２０、３０、４０、５０）の少なくとも１つ、特定的には、前記冷却ダクト（２０、３０、４０、５０）の各々には、３μｍ≦Ｒａ≦５０μｍの範囲の内部表面粗さが与えられることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の本体（１）。
【請求項９】
付加製造プロセスによって、特定的には、選択的レーザ溶融及び選択的電子ビーム溶融の一方によって製造されることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の本体（１）。
【請求項１０】
前記請求項のいずれかに記載の、少なくとも１つの本体（１）を含むガスタービンエンジン。
【請求項１１】
高温流体流中に設けられる本体（１）を冷却するための方法であって、前記本体（１）は、キャンバ線（１００、２００）に沿って前縁（１１）から後縁（１２）へ延び、本体の壁は、前記キャンバ線（１００、２００）の第１の側から前記キャンバ線（１００、２００）の第２の側に向かって延びて前記キャンバ線（１００、２００）を超え、前記本体の前縁壁セクションをもたらすように設けられ、前記壁は前記高温流にさられる外面を含み、前記方法は、少なくとも１つの第１の前縁冷却材流を与え、前記壁を通る前記第１の前縁冷却材流を案内することを含む、方法において、
前記第１の前縁冷却材流は、前記壁内を、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側から前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側へ案内され、それにより、前記本体の前記前縁壁セクションを通り、前縁（１１）領域において前記キャンバ線（１００、２００）を横切ることを特徴とする、方法。
【請求項１２】
前記第１の前縁冷却材流は、第１の前縁冷却ダクト（２０）に与えられ、それを通って、前記第１の前縁冷却材流は、前記壁内を、前記本体内に設けられた冷却材供給プレナム（１０１）から案内され、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側上で前記第１の前縁冷却ダクト（２０）に与えられ、かつ、前記壁の前記外面上及び前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側上で吐出されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの前縁冷却材流を与え、前記壁を通って前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側から前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側へ前記第２の前縁冷却材流を案内し、それにより、前記本体の前記前縁壁セクションを通り、前縁（１１）領域において前記キャンバ線（１００、２００）を横切り、その結果、特定的には、前記第２の前縁冷却材流は、少なくとも本質的に、前記第１の前縁冷却材流に対して逆流関係で与えられ、特定的には、前記第２の前縁冷却材流は、第２の前縁冷却ダクト（３０）内に与えられ、前記第２の前縁冷却ダクト（３０）は、前記本体のスパン範囲（２）に沿って前記第１の前縁冷却ダクト（２０）からオフセットしていることを特徴とする、請求項１１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側上に前記本体の第１の側壁セクションを設け、前記キャンバ線（１００、２００）の前記第２の側上に前記本体の第２の側壁セクションを設け、前記側壁セクションの各々は、前記本体の外面の一部を構成し、前記前縁（１１）壁セクションから前記後縁（１２）へ延びる外面を有し、前記本体の前記第１及び第２の側壁セクションの少なくとも一方の中に少なくとも１つの側壁冷却材流を与え、前記側壁セクション内の前記側壁冷却材流を前記本体の下流方向（３）に案内し、前記側壁冷却材流は、前記壁の前記内面内の入口開口部（４１、５１）を通して与えられ、前記壁の前記外面上で吐出され、前記側壁冷却材流は、前記入口位置よりも前記後縁（１２）のより近くに吐出され、特定的には、前記側壁冷却材流は、少なくとも本質的に、前記本体の外形に追随する流路に沿って前記側壁内に案内されることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
第１の多数の前縁冷却材流を与え、
前記キャンバ線（１００、２００）の前記第１の側及び前記第２の側の少なくとも一方上に設けられた側壁構造内に第２の多数の側壁壁冷却材流を与え、
前記第１の多数の前縁冷却材流は、前記側壁セクションのいずれかの中に与えられる前記第２の多数の側壁冷却材流の数を上回ることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１に記載されるような空力的形状の本体に関する。本開示はさらに、高温流体流通に設けられる本体を冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの高温ガス流中に燃料噴射器を設けることは、当技術分野において公知である。かかる噴射器は、典型的には、限定されないが、例えば特許文献１に記載されるような、いわゆるシーケンシャル燃焼を行うガスタービンエンジンの燃焼器の第２段で用いられ得る。この形式のガスタービンにおいて、空気は圧縮機から燃焼室に送られ、そこで燃料と混合されて圧縮空気中で燃焼し、部分的に膨張し、さらに燃料は部分的に膨張してもなお酸素濃度の高い燃焼ガス中に前段タービンから噴射される。かかるガスタービンにおいて、特に後続の燃焼器において、燃焼器に流入するオキシダントは、部分的に膨張した燃料ガスであり、燃料の自己発火温度を超える温度を有する。つまり、燃料は、一定の発火遅延時間後に自然発火する。従って、燃料が発火する前の限られた時間枠内に、完全かつ均一な燃料／オキシダント混合物を得ることが極めて重要である。このため、燃料噴射器装置は、燃料の自己発火温度を超える高温流体流中に直接配置する必要があり、従って、極端な温度にさらされる。特許文献２は、例えば全体的に翼状形状を有し、翼後縁が流向を横切る波状形状を有し、波状の空力的断面が全体的に翼状形状の本体の前縁から後縁まで流れ方向に生じる、燃料噴射器装置を開示する。空力的形状の燃料噴射器装置の他の例示的な例は、特許文献３及び特許文献４から公知である。
【０００３】
空力的形状の本体の他の例は、動翼又は静翼の翼形部とすることができる。一般に、かかる本体は、キャンバ線に沿って前縁から後縁に延び、特定のプロファイル厚と、流れ方向に沿って前縁から後縁に向かうキャンバとを含む。一般に、この本体は、本体の周りの流れに適合されるような特定の様式の形状であり、当業者であれば、前縁及び後縁の位置を容易に理解するであろう。例えば、本体は前縁において特定の半径を示し、一方、後縁には著しく小さい半径が又は実際には鋭利な縁部として与えられる。別の例では、少なくとも亜音速の用途において、最大プロファイル厚は、通常、後縁よりも前縁のより近くに配置される。この点で、当業者であれば常に、かかる空力的形状の本体の意図される主流方向を容易に理解するであろう。
【０００４】
効率的な冷却は、かかる装置がターボエンジンの高温作動流体流中で用いるように意図される場合の、かかる装置の重要な要件である。例えば、衝突冷却が、前縁冷却のための適切な冷却方法であることが分かっているが、衝突冷却は、著しく高い冷却材の圧力低下に結び付き、従って、それに対応して高い圧力で冷却材の供給をもたらすことが必要になる。頻繁に適用される冷却方法において、冷却材は、本体の周りの作業流体流中に吐出され、従って、冷却材は、吐出位置における作業流体の圧力＋圧力低下を考慮した圧力で与える必要がある。
【０００５】
本開示の目的は、高温流体流中で用いる空力的形状の本体を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第７１８  ４７０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０２７２６５９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／０３２４８６３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０２９７７７７号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／０２９７７８７号明細書
【特許文献６】欧州特許出願第１５１６１６８６号明細書
【特許文献７】欧州特許出願第１５１６１６９０号明細書
【発明の概要】
【０００７】
１つの態様において、開示される本体は、ターボエンジンの、特定的にはガスタービンエンジンの高温流体流路中で用いることが意図され、そのように適合、構成及び提供される。本開示の１つの態様において、本体の十分な冷却をもたらすように、空力的形状の本体を開示する必要がある。より具体的な態様においては、前縁のための十分な冷却をもたらす必要がある。さらに具体的な態様においては、特に衝突冷却と比較すると、低い冷却材の圧力低下に結び付くように冷却をもたらす必要がある。さらに別の態様において、冷却は、特に前縁において及び特定的には本体のスパン範囲に沿って可能な限り、均一にもたらす必要がある。理解されるように、本体のスパン範囲とは、これに沿って、キャンバ線及びプロファイル厚により定められる本体断面が千鳥配列にされる範囲である。スパン範囲は、１つの態様では直線であり得るが、他の態様では、曲線であっても、傾斜していても、又は他の形状であってもよいことが理解されるであろう。千鳥配列の断面は、同一であってもよく、又は断面ごとに最大限異なっていてもよい。本体は、翼形状とすることができ、その場合、前縁及び後縁が全体的な線の形状を示す。他の態様においては、本体は、例えば水滴形状又は円錐状とすることができ、その場合、前縁／後縁は、丸い又は先のとがった先端に向かって低減する。本開示の特定の態様において、本体は燃料噴射器装置である。本開示のさらに別のより具体的な態様において、本体は、ガスタービンエンジンのシーケンシャル燃焼室内で、つまり、少なくとも前段燃焼室及び膨張タービンの下流で用いられる燃料噴射器装置である。
【０００８】
さらに別の態様において、高温流体流中に設けられる本体を冷却するための方法が提供される。
【０００９】
これは、請求項１及びさらに方法の独立請求項に記載される主題により達成される。
【００１０】
開示される主題のさらなる効果及び利点は、明示的に述べられていてもいなくても、以下に与えられる開示を鑑みて明らかになるであろう。
【００１１】
従って、高温流体流中で用いられる空力的形状の本体が開示され、本体は、その断面態様において、キャンバ線に沿って前縁から後縁へ延びる。本体は、本体内に、特定的には前縁に隣接して設けられた少なくとも１つの冷却材供給プレナムを含む。冷却材供給プレナムは、本体の外部に向かって、本体の壁により境界付けられ、本体の壁は、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって延びて前縁を超え、それにより、前縁壁セクションが提供される。壁は、冷却材供給プレナムに面する内面と、外面とをさらに含む。少なくとも１つの第１の前縁冷却ダクトが内面から外面へ延び、入口開口部を通して冷却材供給プレナムと流体連通し、かつ、吐出開口部を通して外面に開いている。入口開口部はキャンバ線の第１の側上に設けられ、吐出開口部はキャンバ線の第２の側上に設けられ、冷却ダクトは、壁内に設けられ、壁内を、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって延び、それにより、前縁領域においてキャンバ線を横切る。特定的な実施形態において、本体の断面態様において、少なくとも１つの第１の前縁冷却ダクトが設けられ、この断面態様は、特定的には、少なくとも本質的に、スパン範囲に対して直角にとられる。さらに、特定的な実施形態において、少なくとも１つの前縁冷却チャネルは、概ね、本体の前縁外形に追随し、より特定的には、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって延びて前縁を超える本体の外形に追随する。
【００１２】
少なくとも１つの冷却チャネルは、本体の壁内に、本体の外形に緊密に追随して設けることができる。この形式の冷却チャネルは、当技術分野では、壁近傍冷却チャネルと呼ばれることが多い。この壁近傍冷却チャネルを通して冷却材を案内することによる本体の冷却は、壁近傍冷却と呼ばれることが多い。
【００１３】
従って、高温流体流中に設けられる本体を冷却するための方法は、冷却材流を、少なくとも１つの第１の前縁冷却ダクトを通して、冷却材供給プレナムから本体の外面へ、入口開口部から吐出開口部まで案内することを含む。より一般的に言うと、流体流中に設けられる本体を冷却するための方法が開示され、本体は、キャンバ線に沿って前縁から後縁へ延び、本体の壁は、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって延びて前縁を超え、それにより、本体の前縁壁セクションが提供される。壁は、高温流体流にさらされる外面を含む。方法は、少なくとも１つの前縁冷却材流を与え、壁を通る第１の前縁冷却材流を案内することを含み、第１の前縁冷却材流は、壁内を、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側へ案内され、これにより、本体の前縁壁セクションを通り、前縁領域においてキャンバ線を横切る。
【００１４】
本開示による前縁冷却ダクトの提供及び冷却チャネル通る冷却材の案内は、冷却材の消費を最小にしながら、優れた前縁冷却をもたらす。例えば、対照的に、前縁の膜冷却、単一の冷却チャネル内に与えられる単一の冷却材流は、本体の断面態様における本体の前縁領域全体に対する冷却をもたらす。この点で、前縁冷却ダクトは、入口開口部から吐出開口部に向かって、少なくとも９０度、より特定的な実施形態においては、少なくとも１２０度、少なくとも１４０度、又は少なくとも１６０度の角度にわたって延びることができる。従って、前縁冷却材流は、少なくともこれらの角度にわたって延びる湾曲した流路に沿って案内される。さらに、冷却材は、前縁から下流に吐出されるので、吐出位置における圧力は、前縁の又は前縁付近の岐点よりも低くなる。このように、例えば前縁の膜冷却の場合のように、冷却材が前縁で又は前縁付近で吐出される冷却技術と比較すると、冷却材の供給圧要件が低くなる。従って、ターボエンジンの効率を高めることができる。
【００１５】
本方法のより具体的な態様において、第１の前縁冷却材流は、第１の前縁冷却ダクトに与えられ、それを通って、第１の前縁冷却材流は、本体内に設けられた冷却材供給プレナムから壁内に案内され、キャンバ線の第１の側上の第１の前縁冷却ダクトに与えられ、第１の前縁冷却材流は、壁の外面上及びキャンバ線の第２の側上で吐出される。前縁冷却材流は、冷却材供給プレナムから与えられる。
【００１６】
本明細書で開示される主題のさらに別の態様において、第２の前縁冷却ダクトは、壁の内面内の入口開口部を通して冷却材供給プレナムと流体連通するように与えられ、吐出開口部を通して外面に開いており、入口開口部は、キャンバ線の第２の側上に設けられ、吐出開口部は、キャンバ線の第１の側上に設けられ、第２の前縁冷却ダクトは、壁内に設けられ、壁内を、キャンバ線の第２の側からキャンバ線の第１の側に向かって延び、それにより前縁領域においてキャンバ線を横切る。さらに、特定的実施形態において、少なくとも１つの第２の前縁冷却ダクトは、概ね、本体の前縁外形に追随し、より具体的には、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって、前縁を超える、本体の外形に追随する。
【００１７】
第２の前縁冷却ダクトは、前縁の範囲及び／又はスパン範囲に沿って第１の前縁冷却ダクトに対してオフセットして設けることができる。この点で、本体の前縁の範囲は、本体のスパン範囲に追随し、全ての断面プロファイルの全ての前縁点、つまりキャンバ線が各断面における本体の外形に貫入する上流点を接続する線であることが理解される。
【００１８】
特定の態様による方法は、第２の前縁冷却材流を与え、壁を通して第２の前縁冷却材流をキャンバ線の第２の側からキャンバ線の第１の側へ案内し、それにより、本体の前縁壁セクションを通り、前縁領域においてキャンバ線を横切ることを含む。特定的には、第２の前縁冷却材流は、少なくとも本質的に、第１の前縁冷却材流に対して逆流関係で与えることができる。特定の態様において、第２の前縁冷却材流は、第２の前縁冷却ダクト内に与えることができ、第２の冷却ダクトは、前縁の範囲又はスパン範囲に沿って第１の前縁冷却ダクトからオフセットすることができる。この点で、第２の前縁冷却材流は、壁に流入し、又はより特定的な実施形態においては、キャンバ線の第２の側で少なくとも１つの前縁冷却ダクトに流入し、キャンバ線の第１の側の本体の外面又は壁上で吐出される。
【００１９】
第１の前縁冷却ダクトと同様に、第２の前縁冷却ダクトは、入口開口部から吐出開口部に向かって、少なくとも９０度、より特定的な実施形態においては少なくとも１２０度、少なくとも１４０度、又は少なくとも１６０度の角度にわたって延びる。従って、第２の前縁冷却材流は、第１の前縁冷却材流と同様に、少なくともこれらの角度にわたって延びる湾曲した流路に沿って案内される。
【００２０】
本体のさらに別の例において、多数の第１及び第２の前縁冷却ダクトが、それぞれ、本体のスパン範囲に沿って又は前縁の範囲に沿って交互に配置される。
【００２１】
同様に、本開示による方法は、前縁の範囲に沿って互いに対してオフセットしたそれぞれの前縁冷却ダクト内に、多数の第１及び第２の前縁冷却材流を与えることを含むことができ、特定的には、第１及び第２の前縁冷却材流は、それぞれ前縁の範囲に沿って又は本体のスパン範囲に沿って交互に配置される。
【００２２】
第２の前縁冷却ダクト及び第２の前縁冷却材流を提供することにより、前縁冷却の有効性及び均一性が向上することが理解される。第１の前縁冷却材流は、第１の前縁冷却ダクトを通ってキャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって流れる間、前縁壁セクションから熱を奪い、従って、加熱する。従って、キャンバ線の第２の側上の壁の前縁セクションは、第１の前縁冷却材流によりも強力に冷却されない。しかしながら、第２の前縁冷却ダクトを通ってキャンバ線の第２の側からキャンバ線の第１の側に向かって流れる第２の前縁冷却材流は、同じ理由で、キャンバ線の第１の側上よりもキャンバ線の第２の側上の壁の前縁セクションに対してより強力な冷却をもたらす。本体のスパンに沿って、第１及び第２の前縁冷却ダクトの交互構成を提供し、従って、第１及び第２の前縁冷却材流を与えることにより、これらの効果が一様になり、従って、キャンバ線の両側の前縁壁セクションの全体的に均一な冷却がもたらされる。この点で、２つの隣接する前縁壁セクションの間の距離が大きすぎてはならないことが理解される。例えば、第１の前縁冷却ダクトと、隣接する第２の前縁冷却ダクトとの間の材料強度は、本体のスパン方向に沿って測定された冷却ダクトの寸法の１０倍又はそれ未満、特定的には５倍又はそれ未満、及びより特定的には３倍又はそれ未満である。別の例において、第１の前縁冷却ダクトと、隣接する第２の前縁冷却ダクトとの間の材料強度は、前縁壁厚の２倍を下回り、特定的には、前縁壁厚を上回らない。
【００２３】
第１及び第２の前縁冷却ダクトの交互構成、従って、第１及び第２の前縁冷却流を交互に与えることにより、第２の前縁冷却材流が第１の前縁冷却材流に対して逆流関係で与えられるので、本体の前縁壁セクションの均一な冷却がもたらされる。上述のように、隣接する第１及び第２の前縁冷却ダクトの間の壁厚を特定の制限値を超えないように選択し、均一な冷却をもたらし、前縁壁セクションにおけるホット・スポットを回避することができる。
【００２４】
特定的には本体の上流側の冷却供給プレナムを境界付ける前縁壁セクションの内面は、空力的本体のスパン範囲に沿って波状にすることができる。エンボス加工部の位置は、前縁冷却ダクトの位置に対応する。エンボス加工部は、冷却ダクトの断面のための十分な空間を提供し、一方、本体の前縁壁厚を他の方法で全体的に最小にすることができる。さらに、本体が、例えば、選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融、又はいずれかの他の３Ｄプリンティング法などの、付加製造プロセス又は層状付加製造プロセスにより製造される場合、製造時間及びコストは、製造される本体の体積と大きく関係する。波状内面を設ける際は、冷却ダクトのための十分な空間を与えながら、製造される体積が最小にされる。
【００２５】
本明細書で記載される本体の壁は、キャンバ線の第１の側上に設けられる第１の側壁セクションと、キャンバ線の第２の側上の第２の側壁セクションとを含むことが理解されるであろう。これらの側壁セクションの各々は、本体の外面の一部を構成し、前縁壁セクションから後縁へ延びる外面を示す。側壁冷却ダクトは、第１及び第２の側壁セクションの少なくとも１つの中に設けることができ、冷却ダクトは、壁の内面内に設けられた入口開口部を通して冷却材供給プレナムと流体連通し、本体の外面上に設けられた吐出開口部に向かって延び、吐出開口部は、入口開口部よりも後縁のより近くに配置される。特定的な実施形態において、吐出開口部は、少なくとも、本体の後縁領域内に配置され、より特定的には、後縁に配置することができる。さらに、側壁冷却ダクトは、特定的には、少なくとも本質的に、本体の外形に追随する、さらに特定的には主流方向に沿った、側壁セクション内のセクションを含むことができる。主流方向は、前縁から後縁に向かって延び、本体の外形に追随する流れ方向であり、従って、空力的形状の本体により明確に定められることが理解される。
【００２６】
この範囲で、本明細書で説明される方法は、例えば、キャンバ線の第１の側上に本体の第１の側壁セクションを設け、キャンバ線の第２の側上に本体の第２の側壁セクションを設けることを含むことができ、側壁セクションの各々は、本体の外面の一部を構成し、前縁壁セクションから後縁へ延びる外面を有する。少なくとも１つの側壁冷却材流が、本体の第１及び第２の側壁セクションの少なくとも一方の中に与えられる。側壁冷却材流は、側壁セクション内を本体の下流方向に案内される。側壁冷却材流は、側壁冷却ダクト内に与えることができる。側壁冷却材流は、壁の内面内の入口開口部を通って与えられ、壁の外面上で吐出され、吐出位置は、入口位置よりも後縁の近くに設けられる。側壁冷却材流は、少なくとも本質的に、本体の後縁領域内に、特定的には、少なくとも本質的に、後縁で吐出され得る。より特定的な例では、側壁冷却材流は、少なくとも本質的に、本体の外形に追随する流路に沿って側壁内に案内される。従って、前縁冷却ダクトの吐出開口部の位置の下流への本体の側壁冷却をもたらすことができる。
【００２７】
多数の側壁冷却ダクト及びそれぞれの側壁冷却材流を、キャンバ線の第１及び／又は第２の側の側壁セクション内に設けることができる。第１及び第２の側壁セクションの各々の中に設けられた冷却ダクトの数は、側壁セクションの熱負荷に応じて、同一であっても又は異なっていてもよい。同様に、キャンバ線の第１及び第２の側の各々上に設けられる側壁冷却材流の数も、側壁セクションの熱負荷に応じて、同一であっても又は異なっていてもよい。
【００２８】
さらに別の態様において、本体は、第１の多数の前縁冷却ダクトと、第２の多数の前縁冷却ダクトとを含み、第１の多数の前縁冷却ダクトは、第１及び第２の側壁セクションのいずれかに設けられた第２の多数の側壁壁冷却ダクトの数を上回る。言い換えれば、前縁冷却ダクトの総数、つまり、第１の前縁冷却ダクトの数と第２の前縁冷却ダクトの数の和は、第１及び第２の側壁セクションのいずれか一方に設けられた側壁冷却ダクトの数よりも多い。しかしながら、両方の側壁セクション内に設けられた側壁冷却ダクトの総数、つまり、第１の側壁セクション内に設けられた側壁冷却ダクトの数と第２の側壁セクション内に設けられた側壁冷却ダクトの数の和は、特定の実施形態においては、少なくとも本質的に、前縁冷却ダクトの総数、つまり、第１の前縁冷却ダクトの数と第２の前縁冷却ダクトの数の和と等しい。しかしながら、これは、必須の特徴ではない。さらに言い換えれば、本体の壁の前縁セクションは、側壁セクションよりも冷却ダクトがより密に存在する。その結果、前縁領域は、側壁領域と比較すると、例えば前縁に存在する岐点効果に起因して、より高い温度と、同時に本体の周りを流体が流れているので、潜在的により高い熱伝達係数に曝されるため、比較的多数の冷却ダクトが設けられ、従って、本体の壁の前縁セクションのより強力な冷却が実施される。
【００２９】
実施形態は、本開示の範囲内にあると考えられるが、前縁冷却ダクトの総数は、側壁セクションのいずれかの中に設けられた側壁冷却ダクトの数に等しいか又はそれより小さいことに留意されたい。
【００３０】
同様に、別の態様において、その効果を達成するために、本文書に記載される方法は、第１の多数の前縁冷却材流を与え、キャンバ線の第１及び第２の側の少なくとも一方に設けられた側壁構造内に第２の多数の側壁冷却材流を与えることを含み、第１の多数の前縁冷却材流は、側壁セクションのいずれかの中に設けられた第２の多数の側壁冷却ダクトの数を上回る。言い換えれば、前縁冷却材流の総数、つまり、第１の前縁冷却材流の数と第２の前縁冷却材流の和は、第１及び第２の側壁セクションのいずれか１つの中に与えられる側壁冷却材流の数よりも多い。
【００３１】
しかしながら、両方の側壁セクション内に与えられる側壁冷却材流の総数、つまり、第１の側壁セクション内に与えられる側壁冷却材流の数と第２の側壁セクション内に与えられる側壁冷却材流の数の和は、特定の実施形態においては、少なくとも本質的に、前縁冷却材流の総数、つまり、第１の前縁冷却材流の数と第２の前縁冷却材流の数の和と等しい。しかしながら、これは、必須の特徴ではない。さらに言い換えれば、本体の壁の前縁セクションは、側壁セクションのいずれよりも冷却材流が密に存在し、従って、前縁セクションの比較的高い熱負荷が可能になる。
【００３２】
実施形態は、本開示の範囲内にあると考えられるが、前縁冷却材流の総数は、側壁セクションのいずれかの中に与えられる側壁冷却材流の数に等しいか又はそれより小さいことに留意されたい。
【００３３】
側壁冷却ダクトは、特定の例では、前縁冷却ダクトと同じ冷却材供給プレナムに流体接続され、側壁冷却材流は、この例では、前縁冷却材流と同じ冷却材供給プレナムから与えられることに留意されたい。従って、前縁冷却及び側壁冷却のために、１つの冷却材供給プレナムしか設ける必要がない。
【００３４】
側壁冷却ダクトの入口開口部は、本体の主流方向におけるその位置を考慮するとき、側壁冷却ダクトと同じキャンバ線の側上に設けられた前縁冷却ダクトの吐出開口部の位置と一致する位置又はその上流の位置の一方である位置に設けることができる。この主流方向は、前縁から後縁に向かって配向され、本体の外側プロファイル形状に追随するように理解される。この実施形態のおかげで、前縁から後縁への本体の範囲全体が壁内の冷却ダクトを示し、従って、本体の優れた冷却をもたらすことができ、それと同時に、壁内のダクトの空間要件又は空間制限を可能にすることが理解されるであろう。
【００３５】
本体のさらに別の実施形態において、冷却材供給プレナムは、壁の内面間に延びる内壁により、下流側でキャンバ線にわたって境界付けることができる。上述のように、下流とは、前縁から後縁に向かって本体の周りを流れる流体の流向をいう。
【００３６】
最初に述べたように、本体は、燃料噴射装置とすることができる。それに応じて、少なくとも１つの燃料供給プレナムを本体内に設けることができ、少なくとも１つの燃料吐出ダクトを本体内に設け、燃料供給プレナムと流体連通させることができる。燃料吐出ダクトは、燃料吐出ノズルを含む。燃料吐出ノズルは、本体の外部に開いているので、空力的本体を与える流体流中に燃料を噴射することができる。特定的には、少なくとも１つの燃料吐出ノズルを本体の後縁に設けて、本体の下流に設けられる渦領域内に配置されるように、そしてそのために本体を具体的に設計することができる。この渦により、本体の周りを流れる燃料及び流体の完全かつ強力な混合が達成される。最初にさらに述べられるように、かかる流体は、上流燃焼段からの、部分的に膨張してもなお酸素濃度の高い燃料ガスとすることができる。さらに特定的には、全ての燃料吐出ノズルは、本体の後縁に又は少なくとも後縁領域内に配置することができる。さらに別のより特定的な例では、各々が特定の燃料吐出ノズル及び／又は特定の組の燃料吐出ノズルに流体接続される、少なくとも２つの別個の燃料供給プレナムを設けることができる。従って、燃料噴射器装置は、２つ又はそれより多いタイプの燃料を選択的に又は一緒に吐出するように、及び／又は本体の異なる位置及び／又は本体の後縁で１つのタイプの燃料を選択的に吐出するように適用可能である。１つの燃料供給プレナムを設けて、別の燃料供給プレナムを閉鎖することができる。液体燃料、例えば燃料オイル・プレナム及びガス状燃料プレナムを設け、それぞれの燃料を選択的に充填することができる。異なるタイプの燃料ガス用のガス状燃料プレナムを設けることができる。従って、燃料供給プレナムは、例えば、燃料のタイプ及び／又は意図される燃料圧及び温度に応じて、異なる幾何学的形状、従って、吐出特性を示す燃料吐出ノズルに流体接続することができる。異なる特定の位置で燃料吐出ノズルに接続され、外部に流れる流体との異なる混合特性を示す燃料プレナムを設け、選択的に燃料が供給されるようにすることができる。本開示の枠組み内で、燃料供給プレナムの他の実施形態及び組み合わせも考えることができる。しかしながら、これは、本明細書で述べられる主題の主な焦点ではない。当業者には、特定の要件を満たすために、本体内にどの燃料供給プレナムを設けるべきかを容易に理解するであろう。
【００３７】
さらに、シールド流体プレナムを本体内に設け、特定的には、側壁セクションの内面により境界付けることができ、少なくとも１つの燃料供給プレナムが、シールド流体プレナム内に設けられ、燃料供給プレナム壁により囲まれる。特定的には、この特定の実施形態において、少なくとも１つのシールド流体吐出ダクトが、シールド流体供給プレナムと流体連通し、燃料吐出ダクトを囲むように設けられる。特定的には、シールド流体吐出ノズルが、シールド流体吐出ダクトを通してシールド流体供給プレナムと流体連通し、燃料吐出ノズルを囲むように設けられる。シールド流体は、例えば、燃料噴射器装置を装備しているガスタービンエンジンの圧縮機段から抽気された圧縮空気とすることができる。シールド流体は、他の例では、例えば蒸気又は他のいずれかの圧縮した媒体とすることができる。シールド流体は、それぞれの位置でかつ所定の速度及び／又は質量流でシールド流体吐出ノズルを通して吐出することを可能にする圧力で与える必要がある。シールド流体は、吐出された燃料を、例えば高温燃料ガス流から隔離し、それにより、燃料がオキシダントと完全に混合される前、及び／又は燃料噴射器装置又は本体の下流の所定燃焼位置の上流のそれぞれで、燃料の早期自己発火を防止する役割を果たすことができる。この点に関して、例えば特許文献１、又はガスタービンエンジンにおけるシーケンシャル燃料の概念を扱う他の文献のそれぞれを参照されたい。
【００３８】
しかしながら、他の実施形態において、シールド流体は、冷却材と同じ供給プレナムから与えることができる。これらの実施形態において、専用の冷却材及びシールド流体供給プレナムは設けられないが、共通のプレナムが、結合した冷却材及びシールド流体供給プレナムとして働き、いずれか１つと称することができることが理解される。この実施形態においては、必ずしも、本体の下流側でプレナムを境界付けるために設けられる内壁は存在しないことが理解される。
【００３９】
特定の実施形態において、燃料供給プレナム及び少なくとも１つのシールド流体供給プレナムは、一方を他方の内部に入れ子にすることができ、特定の例においては、シールド流体供給プレナムを最外側のものとし、一方、液体燃料又はパイロットガス供給プレナムを最内側のものとすることができる。
【００４０】
さらに、冷却材供給プレナムを、空力的本体の上流端において本体内に設け、前縁壁セクションにより境界付けることができ、一方、燃料供給プレナム及び／又はシールド空気プレナムを本体内及び冷却材供給プレナムの下流に設けることができ、同じく、上流及び下流は、前縁から後縁に向かう方向を指す。
【００４１】
本体のスパン範囲に沿って、後縁を波状に提供することができ、特定的には、前縁は、本体のスパン範囲に沿って非波形に提供される。例えば、その全体が又は少なくともそれぞれの内容が引用により本明細書に含められる特許文献５において、本体の後縁において又は少なくとも後縁領域において吐出された燃料と本体の周りに与えられる流れとの混合を支援するために、これがどのように働くかが開示される。例えば、第１の燃料吐出ノズルは、少なくとも本質的に、波状後縁の変曲点に設けられ、一方、第２の燃料吐出ノズルは、この変曲点の間に設け、分布させることができる。より特定的には、第１の燃料吐出ノズルを、本体内に設けられた第１の燃料供給プレナムと流体連通するように設けることができ、第２の燃料吐出ノズルを、本体内に設けられた少なくとも１つの第２の燃料供給プレナムと流体連通するように設けることができる。第１のノズルは、例えば、液体燃料又はパイロットガス流を吐出するように構成及び適合し、一方、第２の燃料吐出ノズルは、予混合燃料ガス流を与えるように構成及び適合することができる。第１の燃料吐出ノズルに、第２の燃料吐出ノズルよりも大きい断面の吐出領域が与えられる場合もあり得る。従って、燃料吐出ノズルの位置及び／又は幾何学的形状に起因して、第２の燃料吐出ノズルを通して吐出される燃料は、第１の燃料吐出ノズルを通して吐出される燃料よりも、本体の周りの流れとより速く及び／又はより完全に混合され得る。
【００４２】
特定的には、種々の流体供給プレナムを有する燃料噴射器装置として与えられるとき、及び互いに内部に入れ子にされたプレナムを有する特定の実施形態において、本体が、多数のアンダーカット部及び内部キャビティを有するかなり複雑な幾何学的形状を示すことがある。従って、本体、特定的には燃料噴射器装置の製造は、高価であることが分かっている。また、必要な精度を有する鋳造による複雑な内部構造の製造も、大がかりな仕事であることが分かっている。従って、本明細書に説明されるような本体は、付加製造プロセスにより、特定的には３Ｄプリンティング又はラピッド・プロトタイピングと呼ばれるプロセスにより、より特定的には、選択的レーザ溶融及び選択的電子ビーム溶融の一方により、製造することができる。かかる付加方法は、金属粉末の層ごとの堆積（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及び選択的に金属粉末に固化プロセスを施すことを含み、従って、固形本体を層ごとに形成する。例えば、プロセスは、金属粉末を選択的に溶融し、再固化し、それにより、金属粉末を溶融し、再固化した場所で固形本体が形成される。
【００４３】
他の態様において、空力的形状の本体は、冷却ダクトを境界付ける内面の特定の表面粗さを示す。この点で、冷却ダクトの少なくとも１つ、及び特定的には冷却ダクトの各々には、内部表面粗さが与えられ、その表面粗さは、例えば３μｍ≦Ｒａ≦５０μｍの範囲とすることができる。当業者には明らかになるように、かかる表面粗さは、冷却ダクトの周りの本体の材料と冷却ダクト内の冷却材流との間の熱伝達を高める。かかる表面粗さは、上で概説したような付加製造プロセスを適用する固有の結果として与えられ得ることに留意されたい。さらに、表面粗さは、異なる値を有することがあり、付加製造プロセスによって製造される本体内に意図的に製造することができる。
【００４４】
さらに、上述のような少なくとも１つの本体を含むガスタービンエンジンが開示される。より特定的な実施形態において、ガスタービンエンジンは、説明された種類の燃料噴射器装置として設けられる空力的本体を含むことができる、この燃料噴射器装置、特定的には、多数の燃料噴射器装置は、第１の燃焼器及び第１のターの下流のガスタービンエンジンの高温ガス経路中に設けられ、例えば特許文献１に開示されるようなシーケンシャル燃焼式ガスタービンエンジン用の燃料噴射器としての役目を果たすことができる。他の例では、本開示による冷却構成が与えられる燃料噴射器装置を、触媒燃焼器段の下流に設けることができる。他の例では、動翼及び／又は静翼の翼形部を、本開示による空力的形状の本体として設けることができる。この本体は、燃料噴射器、翼形部、又はその他であっても、上述のような冷却方法に従って冷却することができる。
【００４５】
上で開示される特徴及び実施形態は、互いに組み合わせることができることが理解される。さらに別の実施形態が、本開示及び当業者には明白かつ明らかな特許請求される主題の範囲内に入ると考えられることがさらに理解される。
【００４６】
ここで本開示の主題が、添付図面に示される選択された例示的実施形態を用いてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本開示の教示による、空力的形状の本体の例示的実施形態としての燃料噴射器装置の平面図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿って取られた図１の実施形態の断面図。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿って取られた図１の実施形態の断面図。
【図４】本体の、それぞれキャンバ線又はキャンバ面に沿って取られた例示的に示される実施形態の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図面は非常に概略的なものであり、理解及び描写を容易にするために、説明目的のために必要とされない詳細は省略される場合があることが理解される。さらに、図面は、選択された例証となる実施形態のみを示しており、示されない実施形態もなお十分に、本明細書で開示される及び／又は特許請求される主題の範囲内であり得る。
【００４９】
図１は、空力的形状の本体として設けられる燃料噴射装置１の平面図を示す。このタイプの燃料噴射装置は、本質的に、特許文献５から公知である。燃料吐出ノズル及び燃料噴射装置の内部構造の構成は、特許文献６及び特許文献７に詳細に記載される。引用される米国の文献及び引用される欧州特許出願は、その全体が本明細書に含められ、又は少なくともその関連する開示が引用により本明細書に含められる。燃料噴射器装置１は、前縁１１と、後縁１２とを含む。さらに、燃料噴射装置のスパン範囲は、矢印２で示される。本体が意図される流体流の主流方向は、３で示される。前縁１１は、スパン範囲に沿って真っ直ぐに延びる。後縁１２は、当技術分野から知られるように、スパン範囲にわたって波状に延びる。この点で、波状とは、容易に理解されるように、後縁の範囲がスパン範囲２及び空力的形状の本体の主流方向３の範囲で表面の異なる側を交互に通ることを意味する。しかしながら、スパン範囲は、直線により特徴付けられるが、弓状としてもよく、例えば、楕円形又は部分的楕円形、長円形又は部分的長円形、円形又は部分的円形、放物線状、双曲型等の形状も考えることができ、少なくとも本質的に、主流方向３に対して直角に延びることができる。燃料吐出ノズル６２は、参照番号によりその一部だけが示され、波状後縁の変曲点に配置される。燃料吐出ノズル６２は、液体燃料を吐出するために設けられる。燃料吐出ノズル７２は、参照番号によりその一部だけが示され、波状後縁の変曲点の間に配置される。燃料吐出ノズル７２は、ガス状燃料を吐出するために設けられる。参照番号なしのシールド空気吐出ポートは、燃料吐出ノズルを囲むように配置される。さらに、後縁の冷却材吐出開口部４２は、参照番号によりその一部だけが示され、それぞれ、後縁１２に、又は後縁の領域内に配置される。さらに、冷却材吐出開口部２２は、参照番号によりその一部だけが示され、燃料噴射器装置の外面上に配置される。
【００５０】
ここで図２及び図３を参照する。図２は、線Ａ−Ａに沿って取られた燃料噴射器装置の断面態様を示す。図３は、線Ｂ−Ｂに沿って取られた燃料噴射器装置の断面態様を示す。
【００５１】
図２を参照すると、燃料噴射器装置は、キャンバ線１００の両側に空力的プロファイルを有する前縁１１から延びる。燃料噴射器装置１の本体内には、冷却材供給プレナム１０１、シールド空気プレナム１０２、液体燃料プレナム６０及びガス状燃料プレナム７０が設けられる。冷却材供給プレナム１０１は、本体の前縁壁セクションにより境界付けられ、さらに、下流は前縁から後縁に向かう燃料噴射器装置の周りの主流方向に関連するものとして、下流側で内壁１０３により境界付けられる。内壁は、燃料噴射器装置１の外壁の内面の間を延びる。本体の側壁は、キャンバ線の両側上で燃料噴射器装置の外面を形成し、燃料噴射器装置の外壁構造の前縁セクションから後縁に向かって延びる壁として理解されるべきである。シールド空気プレナム１０２は、側壁と内壁１０３との間に囲まれる。ガス状燃料プレナム７０は、シールド空気プレナム１０２内に設けられ、ストラット１０４により垂下されるプレナム壁構造に囲まれ、ストラット１０４は次に、内壁１０３に接続される。結合した冷却材及びシールド流体供給プレナムが設けられる実施形態が考えられることに留意されたい。この実施形態において、内壁１０３を省略してもよい。さらに、ガス状燃料プレナム７０内に、液体燃料プレナム６０が設けられる。液体燃料プレナム６０を境界付ける壁は、燃料ガスプレナム７０を通って延びるストラット１０５により垂下される。シールド空気プレナム１０２、ガス状燃料プレナム７０、及び液体燃料プレナム６０は、少なくとも本質的に、スパン方向に沿って燃料噴射器装置を通って延びることに留意されたい。多数のストラット１０４及び１０５は、燃料プレナムを収容するのを支援するために、装置のスパン範囲に沿って千鳥配列にされる。液体燃料プレナム６０は、燃料吐出ダクト６１を通して燃料吐出ノズル６２と流体連通している。本描写では見えないが、ガス状燃料流体プレナム７０は、図１に示される燃料吐出ノズル７２と流体連通していることが理解される。さらに、シールド空気プレナム１０２は、液体燃料吐出ノズル６２及びガス状燃料吐出ノズル７２を囲むように設けられるシールド流体吐出ポートと流体連通している。描写を明確にするために、かつ、図面の縮尺のために、シールド流体吐出構成の詳細な概要は省略され、さらに、本文書で与えられる教示にはあまり重要ではない。しかしながら、当業者であれば、示される種類の燃料噴射器装置におけるシールド流体ダクトの構成を容易に理解するであろう。本体の前縁壁セクションは、キャンバ線１００の第１の側からキャンバ線１００の第２の側に向かって、前縁１１を超えて延びる。前縁壁セクションは、上流側で冷却材供給プレナム１０１を境界付けする内面と、外面とを含む。示される断面態様において、前縁冷却ダクト２０は、前縁壁セクション内に設けられる。前縁冷却ダクト２０は、前縁壁セクションの内面から前縁壁セクションの外面へ延びる。前縁冷却ダクト２０の入口開口部２１が、前縁壁セクションの内面内及びキャンバ線の第１の側上に設けられる。前縁冷却ダクト２０の吐出開口部２２は、前縁壁セクションの外面上及びキャンバ線の第２の側上に設けられる。前縁冷却ダクト２０は、前縁壁セクション内を、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって延び、それにより、前縁領域においてキャンバ線を横切る。前縁冷却ダクト２０は、断面態様における前縁壁セクションの外形に緊密に追随し、それにより、壁近傍冷却ダクトとして、当技術分野において呼ばれる構成を提供する。特に、前縁冷却ダクト２０は、前縁壁セクションの高温流体に露出した外面に対して平行になるように設けられる。冷却材入口流２０１は、入口開口部２１を通して前縁冷却ダクト２０に与えられ、前縁冷却ダクト２０を通して案内され、本体の前縁壁セクションを通り、前縁領域においてキャンバ線１００を横切り、前縁冷却材吐出流２０２として、キャンバ線の第２の側上及び本体１の外面上で吐出される。従って、与えられる前縁冷却材流が前縁冷却ダクト２０を通って流れる間、前縁冷却材流は、壁の前縁セクションから熱を奪い、従って、示される断面態様における壁の前縁セクションを冷却する。
【００５２】
前縁冷却流が前縁冷却ダクト２０を通ってキャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側に向かって流れる間、冷却材流の温度は上昇することが容易に理解されるであろう。従って、前縁冷却ダクト２０を通って流れる前縁冷却流によりもたらされる冷却の有効性は、キャンバ線の第１の側からキャンバ線の第２の側へと減少する。
【００５３】
従って、本体のさらなる断面態様において、図３に示されるような前縁冷却構成が提供される。図３の断面態様におけるキャンバ線２００は、図２に示される断面態様のキャンバ線１００とは異なる。例えば、後縁が波伏であるため、示される例示的な実施形態において、キャンバ線は、断面態様ごとに異なり得ることが理解されるであろう。本体１すなわち燃料噴射器装置の全ての断面態様の全てのキャンバ線は、それぞれ、本体のスパン範囲に沿って千鳥配列にされ、従って、一緒にキャンバ面を形成する。従って、本文書では、キャンバ線の第１の側及びキャンバ線の第２の側に関する参照がなされた場合、これは、キャンバ面の第１の側及びキャンバ面の第２の側と同等である。同様に、冷却材供給プレナム１０１、シールド流体プレナム１０２、液体燃料プレナム６０及びガス状燃料プレナム７０は、全てがスパン方向に沿って燃料噴射器装置１を通り、視認可能である。しかしながら、液体燃料吐出ダクト６１は、図２の場合のように断面図では示されないが、この図においては、液体燃料吐出ダクト６１の外壁上に示される。この断面態様において、第２の前縁冷却ダクト３０は、燃料噴射器装置の外壁の前縁セクション内に設けられる。第２の前縁冷却ダクト３０は、キャンバ線２００の第２の側上に設けられた入口開口部３１を通して冷却材供給プレナム１０１と流体連通するように設けられ、これには、燃料噴射器装置の外面上の、キャンバ線２００の第１の側上に配置された冷却材吐出開口部３２が設けられる。第２の前冷却ダクト３０は、前縁壁セクション内を、キャンバ線２００の第２の側からキャンバ線２００の第１の側に向かって入口開口部３１と吐出開口部３２との間を延びる。容易に理解されるように、第２の前縁冷却ダクト３０は、前縁壁セクションの外形に緊密に追随し、具体的には、前縁壁セクションの外面に対して、少なくとも本質的に平行であり、従って、図３に示される断面態様における前縁壁セクションのための壁近傍冷却構成をもたらす。第２の前縁冷却材入口流３０１は、入口開口部３１を通して第２の前縁冷却ダクト３０に流入し、吐出開口部３２で本体の壁の外面上に吐出される。従って、本質的に、第２の前縁冷却材流は、図２に示す前縁冷却ダクト２０を通る前縁冷却材流に対して逆流関係で与えられる。第２の前縁冷却流は、第２の前縁冷却ダクト３０を通って、キャンバ線２００の第２の側からキャンバ線２００の第１の側に向かって流れるが、第２の前縁冷却流は、前縁壁セクションから熱を奪い、第２の前縁冷却流の温度はキャンバ線２００の第２の側からキャンバ線２００へと上昇する。従って、第２の前縁冷却流によってもたらされる冷却は、キャンバ線２００の第２の側上と比較するとキャンバ線２００の第１の側ではあまり効果がない。ここで、それぞれのキャンバ線の第１の側上の入口開口部からそれぞれのキャンバ線の第２の側上の吐出開口部まで延びる、図２に示されるような前縁冷却ダクト２０、及び、それぞれのキャンバ線の第２の側上の入口開口部からそれぞれのキャンバ線の第１の側上の吐出開口部へ延びる第２の前縁冷却ダクト３０は、本体のスパン範囲に沿って互いにオフセットして配置され、第１の指定された冷却ダクトを通る冷却材流によりもたらされる冷却は、キャンバ線の第１の側よりもキャンバ線の第２の側ではあまり効果がなく、一方、第２の指定された冷却ダクトを通る冷却材流によりもたらされる冷却は、キャンバ線の第２の側よりもキャンバ線の第１の側ではあまり効果がない。指定される２つの前縁冷却ダクトが互いに十分に近接して配置される場合、さらに本体の壁の材料の熱伝導性の観点から見て、冷却有効性の差はほとんど一様になる。従って、キャンバ線の第１の側上に設けられた入口開口部及びキャンバ線の第２の側上に設けられた吐出開口部を有する第１の前縁冷却ダクトと、キャンバ線の第２の側上に設けられた入口開口部及び前縁のスパン範囲に沿ってキャンバ線の第１の側上に設けられた吐出開口部を有する第２の前縁冷却ダクトとを交互に配置することにより、壁の前縁セクションの全体的に均一な冷却がもたらされる。
【００５４】
さらに、図３の断面態様において、側壁冷却ダクト４０及び５０が設けられる。側壁冷却ダクト４０は、キャンバ線の第２の側の側壁セクション内に設けられ、一方、側壁冷却ダクト５０は、キャンバ線の第１の側の側壁セクション内に設けられる。それぞれ、キャンバ線又はキャンバ面の第１及び第２の側の側壁セクション内に設けられた側壁冷却ダクトは、必ずしも、示される実施形態における場合のように、共通の断面内に設けられる必要がないことに留意されたい。また、側壁冷却ダクトも、必ずしも、示される実施形態における場合のように、前縁冷却ダクトと共通の断面内に設けられる必要もない。しかしながら、描写を容易にするために、例として、キャンバ線の異なる側上の２つの側壁冷却ダクトが、前縁冷却ダクトと共通の断面内に設けられる実施形態が選択されている。しかしながら、一般に、側壁冷却ダクトは、前縁冷却ダクトと共通の断面内に設ける必要はなく、より一般的には、本体のスパン範囲に沿って前縁冷却ダクトからオフセットしていてもよい。また、それぞれキャンバ線又はキャンバ面の第１の側内に設けられた側壁冷却ダクトが、それぞれキャンバ線又はキャンバ面の第２の側内に設けられた側壁冷却ダクトと同じ断面内に配置されることは、要件ではない。従って、この点で、示される実施形態は、単に１つの図面内に前縁冷却ダクトと側壁冷却ダクトを示すことができるように選択された、非常に特別な実施形態であることをよく理解されたい。
【００５５】
側壁冷却ダクト４０は、キャンバ線２００の第２の側上の燃料噴射器装置の側壁セクション内に設けられる。側壁冷却ダクト４０は、入口開口部４１を通して冷却材供給プレナム１０１と流体連通し、さらに、側壁冷却材吐出開口部４２において燃料噴射器装置１の外部に開いている。側壁冷却材吐出開口部４２は、少なくとも本質的に、本体の後縁に又は後縁セクション内に設けられる。側壁冷却材入口流４０１は、冷却材供給プレナム１０１から入口開口部４１を通って側壁冷却ダクト４０に流入し、側壁冷却ダクト４０を通って流れ、燃料噴射器装置１の後縁で側壁冷却材吐出流４０２として吐出される。側壁セクション内の側壁冷却材ダクト４０は、燃料噴射器装置１の外面の全体的な外形に追随し、具体的には、側壁の外面に対して平行に配置される。従って、同様に、側壁近傍冷却構成が、壁冷却ダクト４０により提供される。側壁冷却ダクト４０を通って流れる冷却材は、壁から熱を奪い、従って、壁を冷却する。側壁冷却ダクト５０は、キャンバ線２００の第１の側の燃料噴射器装置１の側壁セクション内に設けられ、入口開口部５１を通して冷却材供給プレナム１０１と流体連通し、側壁を通って、後縁領域内に又は少なくとも本質的に後縁に配置された吐出開口部５２まで延びる。側壁冷却材入口流５０１は、入口開口部５１で側壁冷却ダクト５０に流入し、後縁領域において又は少なくとも本質的に後縁で側壁冷却材吐出流５０２として吐出される。見られるように、側壁冷却ダクト５０の入口開口部５１は、前縁から後縁に向かう燃料噴射器装置１の周りの流れの主流方向に沿って見られる、第２の前縁冷却ダクト３０の吐出開口部３２と同じ位置に、又は主流方向におけるさらに上流に配置される。側壁冷却ダクト５０の入口セクションは、主流方向における第２の前縁冷却ダクト３０の出口セクションと重なる。図２と関連して明らかになるように、側壁冷却ダクト４０の入口開口部４１は、少なくとも本質的に、前縁冷却ダクトの吐出開口部２２と同じ主流方向における位置に、又は主流方向におけるさらに上流に配置される。従って、スパン方向に沿って見たとき、側壁冷却ダクト４０の入口領域は、前縁冷却ダクト２０の出口領域と重なる。
【００５６】
要約すると、図２の断面態様で示されるような冷却構成は、キャンバ線の第２の側よりもキャンバ線の第１の側でより効果のある前縁冷却をもたらす。図３に示される断面態様で示されるような冷却構成は、キャンバ線の第１の側よりもキャンバ線の第２の側でより効果がある前縁冷却をもたらす。空力的形状の本体のスパン範囲に沿って交互に、図２及び図３に示すような前縁冷却構成を提供する際、交互配置された前縁冷却構成が互いに十分に近接して与えられるならば、前縁の効果的で殆ど均一な冷却がもたらされる。例えば、２つの隣接する前縁冷却ダクト間に与えられる材料厚は、冷却ダクトの断面寸法最大５倍までであり、特定的には最大３倍までである。例えば、本体の材料の熱伝導性及び外部の熱負荷に応じて、２つの隣接する前縁冷却ダクト間の距離をどのように最適化するかは、当業者の知識の範囲内である。さらに、側壁のいずれかにおける２つの隣接する側壁冷却ダクトが互いに十分に近接して配置された状態で、燃料噴射器装置のスパン範囲に沿って千鳥配列にされた多数の側壁冷却ダクトを配置する際、有効な側壁冷却がもたらされる。一般に、側壁の各々において側壁冷却ダクトよりも多くの前縁冷却ダクトが、特定の例では、側壁の各々の中の側壁冷却ダクトの２倍の前縁冷却ダクトが、設けられることに留意されたい。
【００５７】
このことにより、壁の前縁セクションのより高い熱負荷が可能になり、それは、例えば、岐点効果と、側壁と比較すると前縁の境界層が薄いことに起因する。
【００５８】
上述のように、前縁冷却ダクトと側壁冷却ダクトを全く同じ断面内に設けることは、必須の及び永続的な要件ではない。さらに、冷却ダクトは、本体の１つの断面内に設ける必要はなく、斜めに設けることもできる。
【００５９】
図４は、断面がキャンバ線又はキャンバ面に沿って取られた、上述の特定の例示的実施形態の断面図の一部を示す。キャンバ線の第１の側上に設けられた側壁冷却ダクトの入口開口部５１の列が、本体の壁の内面内に設けられる。さらに、第１の前縁冷却ダクトの入口開口部２１の列が設けられる。第１の前縁冷却ダクト２０及び第２の前縁冷却ダクト３０は、壁の前縁セクション内に交互に設けられる。第１の前縁冷却ダクト２１の各々は、第１の前縁冷却ダクトの２０と共通の断面内に設けられる。冷却材供給プレナム１０１を境界付ける本体の壁の内面は、全体の壁厚が、前縁冷却ダクトの間よりも前縁冷却ダクトにおいて大きくなるように、波状にすることができる。つまり、前縁領域における本体の壁の内面は、前縁冷却ダクトの位置においてエンボス加工部を示し、又は別の態様においては、隣接する前縁冷却ダクトの間に窪み又は陥凹部を示す。従って、前縁冷却ダクトのための十分な空間を提供しながら、壁の材料厚を最小にすることができる。これにより、本体が、例えば選択的レーザ溶融プロセス又は選択的電子ビーム溶融プロセスによるなど、付加製造プロセスによって、特に３Ｄプリンティング又はラピッド・プロトタイピングと呼ぶことのできるプロセスによって製造される場合、特にコストメリットが生じ得る。
【００６０】
理解されるように、この例示的実施形態の複雑な幾何学的形状は、チップ除去プロセスによって、又は鋳造プロセスによっても製造するのが困難であり得る。従って、示される例示的な燃料噴射器装置は、特定的には、繰り返し上述された付加製造プロセスによって製造することができる。かかる製造プロセスに特有の表面粗さは、壁と壁内に設けられた冷却ダクトを通る冷却材流との間の熱伝達を促進する役割を果たすことができる。
【００６１】
本開示の主題が、例示的な実施形態によって説明されたが、これらは、決して特許請求される本発明の範囲を制限することを意図するものではない。特許請求の範囲は、明示的に示されない又は本明細書で開示されない実施形態をカバーし、本開示の教示を実施する例示的な様式で開示されるものから逸脱する実施形態もまた特許請求の範囲によりカバーされる。
【符号の説明】
【００６２】
１：本体、空力的形状の本体、燃料噴射器装置
２：本体のスパン範囲
３：主流方向、下流方向
１１：前縁
１２：後縁
２０：前縁冷却ダクト、第１の前縁冷却ダクト
２１：前縁冷却ダクトの入口開口部
２２：前縁冷却ダクトの吐出開口部
３０：前縁冷却ダクト、第２の前縁冷却ダクト
３１：前縁冷却ダクトの入口開口部
３２：前縁冷却ダクトの吐出開口部
４０：側壁冷却ダクト
４１：側壁冷却ダクトの入口開口部
４２：側壁冷却ダクトの吐出開口部
５０：側壁冷却ダクト
５１：側壁冷却ダクトの入口開口部
５２：側壁冷却ダクトの吐出開口部
６０：燃料供給プレナム、液体燃料供給プレナム
６１：燃料吐出ダクト、流体燃料吐出ダクト
６２：燃料吐出ポート、液体燃料吐出ノズル
７０：燃料供給プレナム、ガス燃料供給プレナム、
７２：燃料吐出ポート、ガス燃料吐出ポート
１００：キャンバ線
１０１：冷却材供給プレナム
１０２：シールド流体供給プレナム
１０３：内壁
１０４：ストラット
１０５：ストラット
２００：キャンバ線
２０１：冷却材供給流、前縁冷却材供給流
２０２：冷却材吐出流、前縁冷却材吐出流
３０１：冷却材供給流、前縁冷却材供給流
３０２：冷却材吐出流、前縁冷却材吐出流
４０１：冷却材供給流、側壁冷却材供給流
４０２：冷却材吐出流、側壁冷却材吐出流
５０１：冷却材供給流、側壁冷却材供給流
５０２：冷却材吐出流、側壁冷却材吐出流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2017096616000001.pdf