(57)【要約】      （修正有）【課題】確実な冷却壁を提供する。【解決手段】本発明は、タービン構成要素の冷却壁に関し、該冷却壁は、高温ガス流に面した壁の側に沿って配置されたクーラント用の通路の第１の層を有していて、該第１の層の通路は蛇行形状を有していて、前記第１の層の各通路は入口と出口とを有しており、前記第１の層よりも前記高温ガス流から遠くに配置されたクーラント用の通路の第２の層を有していて、前記第２の層の各通路は入口と出口とを有しており、前記第１の層の前記各通路の前記出口は、前記第２の層の協働する通路の対応する入口に流体連通しており、前記クーラントが前記第２の層に進入する際に前記第１の層の前記通路から出ていくクーラントの方向を変更するための屈曲部が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン構成要素の冷却壁であって、
高温ガス流に面した壁の側に沿って配置されたクーラント用の通路の第１の層を有していて、該第１の層の通路は蛇行形状を有していて、前記第１の層の各通路は入口と出口とを有しており、
前記第１の層よりも前記高温ガス流から遠くに配置されたクーラント用の通路の第２の層を有していて、該第２の層の各通路は入口と出口とを有しており、前記第１の層の前記各通路の前記出口は、前記第２の層の協働する通路の対応する入口に流体連通しており、前記クーラントが前記第２の層の前記通路に進入する際に前記第１の層の前記通路から出ていく前記クーラントの方向を変更するための屈曲部が形成されている、
タービン構成要素用の冷却壁。
【請求項２】
前記第２の層の前記通路の少なくとも一部は蛇行形状を有している、請求項１記載の冷却壁。
【請求項３】
前記第２の層の前記通路の少なくとも一部は直線形状を有している、請求項１記載の冷却壁。
【請求項４】
前記第１の層の通路の前記入口の少なくとも一部は、クーラント供給用にほぼ９０°の屈曲部を有している、請求項１記載の冷却壁。
【請求項５】
前記第２の層の通路の前記出口の少なくとも一部は、クーラント流出用にほぼ９０°の屈曲部を有している、請求項１記載の冷却壁。
【請求項６】
前記第１の層の前記各通路の前記出口と、前記第２の層の前記協働する通路の前記対応する入口との連結により形成される前記屈曲部は１８０°に等しい、請求項１記載の冷却壁。
【請求項７】
前記第１の層の前記通路は、前記第２の層の前記通路における流れに対して向流形式の流れを通すように配置されている、請求項１記載の冷却壁。
【請求項８】
前記第１の層の前記通路は、前記第１の層の一方の通路における流れが、前記第１の層の他方の通路における流れに対して向流形式で流れるように配置されている、請求項１記載の冷却壁。
【請求項９】
前記第２の層の前記通路は、前記第２の層の一方の通路における流れが、前記第２の層の他方の通路における流れに対して向流形式で流れるように配置されている、請求項１記載の冷却壁。
【請求項１０】
前記壁の側面が、前記第１の層と前記第２の層とを覆っている、請求項１記載の冷却壁。
【請求項１１】
前記第１の層の前記通路と前記第２の層の前記通路とは、互いに対向して配置されていて、前記第１の層の通路は、該通路の軸方向の延在に沿って曲線の繰り返しパターンを有しており、前記第２の層の通路は、該通路の軸方向の延在に沿って曲線の繰り返しパターンを有しており、前記第１の層の通路は、前記第２の層の協働する通路に対して前記繰り返しパターンの半ピッチ分だけずらされている、請求項１記載の冷却壁。
【請求項１２】
請求項１記載の壁を冷却し、該壁内の熱勾配を減じる方法であって、
第１の層の通路にクーラントを供給するステップと、
前記第１の層の通路に前記クーラントを流すことにより前記壁を冷却するステップと、
前記第１の層の通路から第２の層の通路へと前記クーラントを流出させるステップと、
前記壁における温度勾配を減じるように、前記第２の層の通路に前記クーラントを流すステップと、
前記第２の層の通路から前記クーラントを流出させるステップと、を有している、方法。
【請求項１３】
請求項１から１１までのいずれか１項による冷却壁を有したタービンのベーン。
【請求項１４】
請求項１から１１までのいずれか１項による冷却壁を有した燃焼器ライナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン構成要素の冷却壁に関する。
【０００２】
背景技術
ヘビーデューティーなガスタービンエンジン開発の一般的な課題は、効率、パワー出力、及びタービン構成要素の耐用期間の向上である。タービン入口部分における従来技術の高温ガスレベルの温度は１８００〜１９００Ｋである。この温度は、タービン材料の熱安定限界を大きく上回っており、妥当なクーラント消費では極めて複雑な冷却システムを使用することによってしか所要の耐用期間に達することはできない。しかしながら冷却システムの導入は必然的に、冷却壁全体にわたって温度勾配を形成し、結果として熱応力を招く。従って、冷却システムの課題は、許容可能な耐用期間に対して最小の温度と最小の温度不均一レベルの両方を提供することである。
【０００３】
燃焼器ライナや第1段のベーンのようなガスタービンの構成要素は、（不均一な燃焼条件により質量平均よりもずっと高くなり得る）最も高い入口温度レベルと、燃焼チャンバにおいて生じる乱流レベルにより、最も過酷な熱条件にさらされる。
【０００４】
従って、ベーン及び燃焼器構成要素の従来の冷却に関する極めて一般的な手法は、集中的なインピンジメント冷却の使用に続いて、フィルム冷却の列を通る流路にクーラント流出を行うことである。
【０００５】
ガスタービンエンジンのさらなる開発は、タービン及び燃焼器構成要素にとって熱的周辺条件を悪化させる恐れのある、周期的パラメータ：圧力比及び高温ガス温度の上昇に焦点を当てており、所定のサービス期間内の確実な作業を保証する、新規の極めて効果的な冷却システムを開発するという課題に直面している。
【０００６】
１９９０年代の初めに、効率の高い近接壁冷却方式の積極的な開発が開始された。流路へのさらなる流出を伴う壁一体型の冷却機構（インピンジメント、ピン、スワール形成又はリブ付き通路）をベースとした複数の冷却方式は、高い冷却効率を提供し、壁の（高温ガス流過される）外面の必要な温度レベルが達成されている。しかしながらこのような冷却方式は欠点を有している。何故ならば、壁の（クーラント流過される）内面は、クーラントに完全に取り巻かれて、極めて低い温度を有しているからである。両面が一体化されているので、このような大きな金属温度差により、高い熱応力が生じ、構成要素の耐用期間が限定されてしまう。従って、冷却壁全体にわたって生じるこのような温度勾配を減じるように、特別な注意も払われなければならない。
【０００７】
特許された冷却方式の多くは、成熟した製造技術（鍛造、機械加工、ろう付け）と従来の冷却機構（インピンジメント、ピン、及び円筒孔）を扱うものである。広く普及している方式はインピンジメントとフィルム冷却を組み合わせたものであり、例えば、欧州特許第２２５６２９７号明細書（EP 2256297 B1）、米国特許第３７６７３２２号明細書（US 3767322 A）、米国特許第４２９７０７７号明細書（US 4297077 A）、米国特許第７１１８３２６号明細書（US 7118326 B2）、米国特許第７４９７６５５号明細書（US 7497655 B1）（ベーン）及び米国特許出願公開第２０１０００３７６２０号明細書（US 20100037620 A1）、米国特許第６７６１０３１号明細書（US 6761031 B2）（ライナ）がある。これら全ての方式は確実で強力なものであるが、現在の冷却技術レベルに限られており、タービン入口パラメータのさらなる上昇により、より効果的な冷却方式が必要になる。
【０００８】
米国特許第８６０８４３０号明細書（US 8608430 B1）、米国特許第８４１４２６３号明細書（US 8414263 B1）、米国特許第５２１５４３１号明細書（US 5215431 A）により、壁一体型のインピンジメント機構を有した類似の冷却コンセプトが提案されている。提供された冷却方式は極めて冷却効果が高いが、冷却空気に取り囲まれた肉厚の低温壁により、このような構成要素の耐用期間は極めて限られている。
【０００９】
米国特許第５９９３１５６号明細書（US 5993156 A）及び米国特許第７５６３０７２号明細書（US 7563072 B1）では、壁一体型のピン領域と翼弦中央領域における螺旋状通路を有した冷却システムが説明されている。このような冷却機構で達成される高い熱伝達率は、高温ガスにより流過される壁の部分を極めて効果的に必要なレベルにまで減じるが、壁の肉厚な低温部分により、高い熱応力が生じ、この部分の耐用期間は限定される。
【００１０】
米国特許第５３２８３３１号明細書（US 5328331 A）には、一体的に形成された二重シェル冷却システムを備えた冷却可能な翼が開示されている。この場合、内側シェルと外側シェルとが、これらシェルの間隔をあけ、機械的及び熱的にこれらシェルを結び付ける結合エレメント（脚部、ロッド、又はリブ）により一体的に形成されている。この方式は、極めてフレキシブルなシステムを提示しているが、単純すぎる対流冷却機構は、最先端の第１段の構成要素にとっては利用できない。
【００１１】
発明の開示
本発明の課題は、上記問題を解決することであり、即ち確実な冷却壁を提供することである。
【００１２】
本開示と実施態様により、冷却壁全体にわたる温度勾配を減じることができ、その結果、熱応力を減じることができ；許容可能な耐用期間に対して最小の温度と最小の温度不均一レベルの両方を提供し、集中的なインピンジメント冷却の使用に続いて、フィルム冷却の列を通る流路にクーラントを流出させることを回避し；タービン及び燃焼器構成要素に関する熱的周辺条件を悪化させる恐れのある、周期的パラメータ：圧力比、高温ガス温度の上昇を回避し、これにより、所定のサービス期間内の確実な作業を保証し；壁の（クーラント流過される）内面が、クーラントに完全に取り巻かれて、極めて低い温度を有することを回避して、高い熱応力を発生させ、構成要素の耐用期間を制限し、かつ冷却壁全体にわたるこのような温度勾配の低減を制限する大きな金属温度差を回避し；より効率的な冷却方式を必要とするタービン入口パラメータの上昇を回避し；冷却空気により取り囲まれた肉厚な低温壁と壁の肉厚な低温部とを回避する。
【００１３】
請求項に記載した装置は、壁の側面全体にわたる温度勾配の低減により耐用期間を改善することを特に目的とした対流通路による新規の冷却流ネットワークに関する。他の方式と差別化される本発明の主要な側面は以下の通りである。
【００１４】
−二重層冷却方式をベースとして形成した内部冷却システムを使用することにより、第１の層の冷却通路によって壁の外面が効果的に冷却される間に、第１の層からの「予熱された」空気を有する第２の層によりクーラント流過される面が加熱される。このような冷却流機構により、壁の側面全体にわたる温度勾配、及びその結果、熱応力を減じることができ、構成要素の耐用期間は改善される。
【００１５】
−耐用期間の観点から、鋭角的な角隅を除去して、冷却機構として円筒状冷却通路を使用するのが有利である。
【００１６】
−方向転換点を含む蛇行流機構を使用することにより、流れの再構築、スワール形成、渦流レベルの上昇が得られ、これにより熱伝達率が向上し、必要な温度レベルまでの外面の極めて効果的な冷却が提供される。
【００１７】
−提案された冷却方式を使用することにより、第２の蛇行層において「予備冷却された」使用済み空気による外部冷却を効果的に提供することができる。
【００１８】
−提案された冷却方式により、全ての場所において生じる金属温度及び応力の最大限の均一性の達成と、全ての臨界区域の除去、最大限の耐用期間及び／又はクーラント節約を目的として、利用可能な圧力比や局所的なフィルム冷却効果といった外部のファクタに関して（対流通路のサイズや方向転換寸法を変化させることにより）冷却熱伝達率を極めて局所的に最適化することができる。
【００１９】
−冷却セグメント（冷却壁）は、最大の冷却均一性効果が求められる場合には、向流として配置することができる。高温ガス露出駆動装置が明らかに変化した場合、特定の方向に隣接する単一の流れセグメントを使用することができる。
【００２０】
さらに、蛇行の配置により、構成要素面の良好なカバー範囲とほぼ全ての場所における面の冷却とを実現することができる。
【００２１】
本発明によれば、タービン構成要素の冷却壁が提供され、該冷却壁は、
高温ガス流に面したクーラント用の通路の第１の層を有していて、該第１の層は蛇行形状を有していて、前記第１の層の各通路は入口と出口とを有しており、
前記第１の層よりも前記高温ガス流から遠くに配置されたクーラント用の通路の第２の層を有していて、前記第２の層の各通路は入口と出口とを有しており、前記第１の層の前記各通路の前記出口は、前記第２の層の協働する通路の対応する入口に流体連通しており、前記クーラントが前記第２の層に進入する際に前記第１の層の前記通路から出ていくクーラントの方向を変更するための屈曲部が形成されている。
【００２２】
前記第２の層の前記通路の少なくとも一部は蛇行形状を有している。
【００２３】
前記第２の層の前記通路の少なくとも一部は直線形状を有している。
【００２４】
前記第１の層の通路の前記入口の少なくとも一部は、クーラント供給用にほぼ９０°の屈曲部を有している。
【００２５】
前記第２の層の通路の前記出口の少なくとも一部は、クーラント流出用にほぼ９０°の屈曲部を有している。
【００２６】
前記第１の層の前記各通路の前記出口と、前記第２の層の前記協働する通路の前記対応する入口との協働により形成される前記屈曲部は１８０°に等しい。
【００２７】
前記第１の層の前記通路は、前記第２の層の前記通路における流れに対して向流形式の流れを通すように適合されている。
【００２８】
前記第１の層の前記通路は、前記第１の層の一方の通路における流れが、前記第１の層の他方の通路における流れに対して向流形式で流れるように適合されている。
【００２９】
前記第２の層の前記通路は、前記第２の層の一方の通路における流れが、前記第２の層の他方の通路における流れに対して向流形式で流れるように適合されている。
【００３０】
前記冷却壁の側面が、前記第１の層と前記第２の層とを覆っている。冷却壁は方形形状を有している。通路の第１の層と通路の第２の層とは、冷却壁の内側に位置している。
【００３１】
前記第１の層の前記通路と前記第２の層の前記通路とは、互いに対向して配置されていて、前記第１の層の通路は、該通路の軸方向の延在に沿って曲線の繰り返しパターンを有しており、前記第２の層の通路は、前記通路の軸方向の延在に沿って曲線の繰り返しパターンを有しており、前記第１の層の通路は、前記第２の層の協働する通路に対して前記繰り返しパターンの半ピッチ分だけずらされている。
【００３２】
さらに請求項に記載した本発明によれば、上述した壁を冷却し、これにより前記壁内の熱勾配を減じる方法が提供され、この方法は、
第１の層の通路にクーラントを供給するステップと、
前記第１の層の通路に前記クーラントを流すことにより前記壁を冷却するステップと、
前記第１の層の通路から第２の層の通路へと前記クーラントを流出させるステップと、
前記壁における温度勾配を減じるように、前記第２の層の通路に前記クーラントを流すステップと、
前記第２の層の通路から前記クーラントを流出させるステップと、を有している。
【００３３】
クーラントを第１の層の通路に供給することができ、冷却壁の一方の側で、第２の層の通路から流出させることができる。
【００３４】
クーラントを第１の層の通路に供給することができ、冷却壁の対向する側で、第２の層の通路から流出させることができる。
【００３５】
第１の層の通路における流れは、第２の層の通路における流れに対して向流形式で通過する。
【００３６】
第１の層の一方の通路における流れを、第１の層の他方の通路における流れに対して向流形式で流通させることができる。
【００３７】
第２の層の一方の通路における流れを、第２の層の他方の通路における流れに対して向流形式で流通させることができる。
【００３８】
さらに、請求項に記載した本発明によれば、上述した冷却壁を有したタービンのベーンが提供される。
【００３９】
さらに、請求項に記載した本発明によれば、上述した冷却壁を有した燃焼器ライナが提供される。
【００４０】
本発明の課題及び態様は以下の本発明の説明から明らかになるであろう。
【００４１】
第1段のベーンや燃焼器ライナは、（不均一な燃焼条件により質量平均よりもずっと高くなり得る）最も高い入口温度レベルと、燃焼チャンバにおいて生じる乱流レベルにより、最も過酷な熱条件にさらされる。ガスタービンエンジンのさらなる開発は、タービン及び燃焼器構成要素に関する熱的周辺条件を悪化させる恐れのある、周期的パラメータ：圧力比、高温ガス温度の上昇に焦点を当てており、所定のサービス期間内の確実な作業を保証する、新規の極めて効果的な冷却システムを開発するという課題に直面している。一体型の冷却機構（インピンジメント、ピン、スワール形成又はリブ付き通路）を有した隣接壁冷却方式の積極的な開発は、冷却される構成要素の壁の（高温ガス流過される）外面の温度を、必要なレベルまで減じる画期的な方法であるが、極めて高い冷却効率にも関わらず、このような方式は、耐用期間を限定するものである。何故ならば、壁の（クーラント流過される）内面の温度が極めて低く（殆どクーラント温度と同じであり）、これにより大きな温度勾配及び熱応力が生じるからである。
【００４２】
冷却流機構の提案された方式は、上記要素の所要耐用期間を保証する。この方式は、二重層対流通路による新規の冷却流ネットワークに関し、これにより、第１の層の冷却通路によって壁の外面が効果的に冷却される間に、第１の層からの「予熱された」空気を有する第２の層により壁の内面が加熱される。このような冷却流機構により、壁の側面全体にわたる温度勾配、及びその結果、熱応力を減じることができ、構成要素の耐用期間は明らかに改善され、又は同じ耐用期間であっても著しくクーラントを節約できる。
【００４３】
提案された冷却方式は、方向転換部を有する蛇行流機構を備えた円筒状冷却通路を使用しており、高い熱伝達向上が得られ、高温ガス流過される面を必要な温度レベルにまで極めて効果的に冷却することができる。さらにクーラントを、別のセグメント又は対流冷却機構へと方向付けることができ、又はフィルム冷却により流路へと流出させることができる（空気は、第２の蛇行層において既に「予備冷却」される）。提案される方式は極めて強力であり、調節可能であり、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）のような極めて精密な付加製造的手法を利用して製造するのが最も有利である。提案された冷却方式は、広い適用範囲を有している。即ち、ベーン翼及び燃焼器ライナの側方であり、この方式は、第１段のブレード翼及びベーンプラットフォームの冷却にも使用することができる。
【００４４】
既存の最良の解決策に対する本発明の利点は、耐用期間の改善（タービンブレード、燃焼器ライナ）及び／又はクーラントの節約である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の態様と流れの配置を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の態様と流れの配置を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の態様と流れの配置を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の態様と流れの配置を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の態様と流れの配置を示す斜視図である。
【００４６】
詳細な説明
図１、図２、図３には、請求の範囲に記載した本発明、即ち、タービン構成要素（用の熱交換装置）の冷却壁の第１の態様が示されている。この冷却壁は、クーラント用の蛇行冷却通路の第１の層３と、クーラント用の蛇行冷却通路の第２の層５とを有している。これら通路はチューブである。蛇行冷却通路の第１の層３の各通路は、入口１及び出口８を有している。蛇行冷却通路の第２の層５の各通路は、入口９及び出口７を有している。第１の層の各通路は、第１の層の各通路の入口１近くに位置する第１の９０°屈曲部２を有している。第１の層の各通路は、第１の層の各通路の出口８近くに位置する第２の９０°屈曲部を有していて、第２の層の各通路は、第２の層の各通路の入口９近くに位置する第３の９０°屈曲部を有している。第２の９０°屈曲部と第３の９０°屈曲部とは協働して（接続されて）１８０°屈曲部４を形成する。第２の層の各通路は、第２の層の各通路の出口７近くに位置する第４の９０°屈曲部６を有している。両層の通路は、耐用期間を改善するという観点から円筒形に形成されている。第１の層３の通路は、互いに平行に位置している。第２の層５の通路は、互いに平行に位置している。第１の層３の通路は、第２の層５の通路に対して平行である。第２の層の出口７は、第１の層の入口１から１８０°屈曲部４の方向にずらされている。上述したように、両層の通路は、蛇行形状を有していて、即ち、図２に示したように正弦曲線形状を有している。図２に示したように、この場合、第１の層の各正弦曲線状通路は、第２の対応する層の正弦曲線状通路に対して半ピッチ（半ステップ）ずつずらされている。換言すると、第１の層３の通路と第２の層５の通路とは、互いに対向して位置しており、第１の層３の通路の蛇行形状は、第１の層３の長手方向で複数の屈曲部１０を画定しており、第２の層５の通路の蛇行形状は、第２の層５の長手方向で複数の屈曲部１１を画定しており、第１の層３の各通路は、第２の層の対応する通路１１に対してサイン曲線（正弦曲線）の半ピッチだけずらされている。即ち、第１の層の第１の蛇行冷却通路と第２の層の第２の蛇行冷却通路とは互いに重なりあっていて、第１及び第２の蛇行は、蛇行の主延在においてずらされていて、これにより第１の蛇行における蛇行の１つの方向への屈曲は、第２の蛇行の反対方向への屈曲の場所にある。この特徴はさらに、以下のように記載することもできる。第１の層の通路と第２の層の通路とは、互いに対向して配置されていて、第１の層の通路は、通路の軸方向の延在に沿って曲線の繰り返しパターンを有しており、第２の層の通路は、通路の軸方向の延在に沿って曲線の繰り返しパターンを有しており、第１の層の通路は、第２の層の協働する通路に対して前記繰り返しパターンの半ピッチ分だけずらされている。或いは、第１の蛇行は、蛇行の主延在に沿った第２の蛇行の鏡像イメージであると言うこともできる。このような蛇行の配置により、構成要素面の良好なカバー範囲とほぼ全ての場所における面の冷却とを実現することができる。
【００４７】
第１の層３は、タービン構成要素の壁の（高温ガス流過される）外面に面していて、第２の層は、構成要素の壁の（空気流過される）内面に面している。冷却壁は方形形状を有している。通路の第１の層と通路の第２の層とは、冷却壁の内側に位置している。即ち、通路の第１の層と通路の第２の層とは冷却壁の側面によって覆われている。
【００４８】
冷却壁の内面上には、第１の細長い長方形の突出部がある。前記第１の突出部は、冷却壁を横断して設けられていて、冷却壁の第１の端面側に隣接している。入口１は、この突出部よりも冷却壁の前記第１の端面側のより近くに位置していて、出口７は、この突出部よりも前記第１の端面側からより遠くに位置している。即ち、突出部は入口１と出口７との間に位置している。
【００４９】
クーラントは、第１の層の通路の入口１に供給される。クーラントは、第１の層３の屈曲部２と通路とを貫流する。第１の層の通路を流れる間、クーラントは構成要素の壁の（高温ガス流過される）外面を冷却し、これに応じて、クーラントは、第１の層の通路を流れる間に加熱される。次いで加熱されたクーラントは、壁全体にわたって生じる金属の温度勾配及び使用済みクーラント温度を減じるために、屈曲部４を通って第２の層５の通路を流れて、構成要素の壁の（空気流過される）内面を加熱する。この場合、クーラントは、前記第１の層の前記通路を出て、前記第２の層の通路へと入るときに、クーラントの方向が変えられる。その後クーラントは、第２の層の通路の出口７の第４の９０°屈曲部６を通って流れ、第２の層の通路の出口７から流出される。さらにクーラントを、別の冷却壁又は対流冷却機構へと方向付けることができ、又はフィルム冷却により流路へと流出させることができる。
【００５０】
図１、図２、図３には第１の態様が示されている。この第１の態様では、第１の層の通路における流れは、第２の層の通路における流れに対して向流形式で通過する。第１の層の通路における流れは、互いに並流形式で（平行に）通過する。第２の層の通路における流れは、互いに並流形式で（平行に）通過する。
【００５１】
図４には、本発明の第２の態様が示されている。この第２の態様では、第２の層５の通路が直線状である。第２の態様のその他の特徴は、第１の態様の上述した特徴と同じである。利用可能な圧力比が制限されている場合には、第２の層の通路の直線状区分（第２の層５）を設けて、冷却セグメント（図４参照）における全体的な圧力損失を減じることにより、冷却通路の流通能力を高めることができる。しかしながら、高温ガスに流過される面は、高い冷却熱伝達率を維持するために、蛇行冷却通路（第１の層３）によって常に冷却されていなければならない。
【００５２】
図５には、本発明の第３の態様が斜視図で示されている。この第３の態様では、第２の層５の通路が直線状である。この態様では、第１の層の通路は、互いに向流形式で流過されるように配設されていて、第２の層の通路は、互いに向流形式で流過されるように配設されている。即ち、第１の層の通路における流れは互いに向流形式で通過し、第２の層の通路における流れは互いに向流形式で通過される。さらに、第２及び第１の層の通路の入口と出口とは、冷却壁の対向する端面側で交互に配置されており、即ち、冷却壁の第１の端面側では、第１の層の一方の通路の入口１及び第２の層の一方の通路の出口７は、第１の層の他方の通路の出口８及び第２の層の他方の通路の入口９と交互に隣接しており、このような交互の配置が続く。これに対し、冷却壁の第１の端面側に対向する第２の端面側では、第１の層の一方の通路の出口８及び第２の層の一方の通路の入口９が、第１の層の他方の通路の入口１及び第２の層の他方の通路の出口７と交互に隣接しており、このような交互の配置が続く。冷却壁の内面上には、第２の細長い長方形の突出部７がある。第２の突出部は、第１の端面側に対向する冷却壁の第２の端面側に隣接して位置している。第２の突出部７は、第１の突出部７と同じである。第３の態様のその他の特徴は、第１の態様の上述した特徴と同じである。
【００５３】
冷却壁のさらなる改良のもう１つの例が図５に示されている。この例では、通路は、冷却する露出部、従って壁温度を最大限均一にするために、互いに向流となるように方向付けられている。
【００５４】
提案された冷却壁は、広い適用範囲を有している。即ち、ベーン翼及び燃焼器ライナの側方であり、この方式は、第１段のブレード翼及びベーンプラットフォームの冷却にも使用することができる。部品は、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）のような極めて精密な付加製造的手法を利用して製造することができる。第１段のベーン翼の視点で、（正圧側及び負圧側両方の）翼弦中間領域を冷却するために様々な基本的な冷却壁が配置されている。様々な蛇行通路の長さは、クーラント流出個所に依存して得られる圧力比に適合されている。セグメントは最大限均一な冷却効果のために向流に方向付けられている。
【００５５】
提案される冷却方式の上記基本的な思想の観点は、二重層状の実装体における蛇行冷却通路の組み合わせに基づいている。通常の冷却セグメントの提案される思想は７つの特徴を有している（図１及び図２参照）。（「１」）は、冷却通路への供給入口であり、クーラントを第１の９０°屈曲部（「２」）を通過させて、第１の蛇行層（「３」）へと流し、壁の（高温ガスに流過される）外面を冷却する。（利用可能な圧力比に応じて）いくつかの冷却区分を通過した後、１８０°屈曲部（「４」）があり、「予熱された」クーラントは第２の蛇行層（「５」）内へと送られ、壁全体にわたって生じる金属の温度勾配及び使用済みクーラント温度を減じるために、壁の（空気流過される）内面を加熱する。「６」は最後の９０°屈曲部であり、冷却セグメントからクーラントを流出させる「７」。さらにクーラントを、別のセグメント又は対流冷却機構へと方向付けることができ、又はフィルム冷却により流路へと流出させることができる。冷却通路の両層は、耐用期間を改善するという観点から円筒形に形成されている。冷却通路における熱伝達の向上は蛇行状機構により提供され、９０°の転換は流れの再構築、スワール形成、渦流レベルの向上をもたらし、これにより、壁の外面を効果的に冷却する必要な熱伝達レベルに達することができる。転換部に丸み付けされた縁部を設けることにより、圧力損失と熱伝達レベルを制御することができ、利用可能な圧力比に応じてシステムを調節することができる。図３には、基本的な冷却セグメントの等角図が示されている。
【００５６】
利用可能な圧力比が制限されている場合には、第２の層の通路の直線状区分（「５」）を設けて、冷却セグメント（図４参照）における全体的な圧力損失を減じることにより、冷却通路の流通能力を高めることができる。しかしながら、高温ガスに流過される面は、高い冷却熱伝達率を維持するために、蛇行冷却通路（「３」）によって常に冷却されていなければならない。
【００５７】
冷却セグメントのさらなる改良のもう１つの例が図５に示されている。この例では、冷却蛇行通路は、冷却する露出部、従って壁温度を最大限均一にするために、互いに、向流となるように方向付けられている。
【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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【外国語明細書】
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