(57)【要約】  インピンジメントジェット（１８）の効果を高めるためのインピンジメントジェット衝突チャネルシステム（１６）を有する内部冷却システム（１４）が開示されている。インピンジメントジェット衝突チャネルシステム（１６）は、１つまたは複数のインピンジメントオリフィス（２２）からずらされたインピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）を有してもよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）は、インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の星形パターンを形成しながらインピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）から半径方向外方へ延びていてもよく、隣接するインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）をそれぞれ分離させる複数のリブ（２６）によって形成されていてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）を形成するリブ（２６）は、一回または複数回だけ複数のチャネル（２４）に分割されていてもよく、これにより、よどみ点（２８，３８，５２）の数を増加させることで、冷却能力を高めている。インピンジメントジェット衝突チャネルシステム（１６）は、ベーン挿入体、翼前縁冷却システム、プラットフォーム、最新型トランジション、音響共振器、リングセグメントなどを含む、ガスタービンエンジン（１２）（ただしこれに限定されない）などの、構成部材内で使用されてもよい。
2017529477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部冷却システム（１４）であって、
少なくとも１つのインピンジメントジェット衝突チャネルシステム（１６）が、
少なくとも１つのインピンジメントオリフィス（２２）からずらされたインピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）を備え、該インピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）は、少なくとも３つの側における面（３０）によって規定されており、かつ、前記少なくとも１つのインピンジメントオリフィス（２２）に面した開口（３２）を有しており、
前記インピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）から半径方向外方へ延びており、かつ、隣接するインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）をそれぞれ分離させた複数のリブ（２６）によって形成された、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）を備え、
該複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のうちの少なくとも１つは、第１のサブリブ（４２）の上流端部（４０）において前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）に生じたよどみ点（３８）から前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の入口（３４）の半径方向外方へ延びた第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に分割されていることを特徴とする、内部冷却システム（１４）。
【請求項２】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のそれぞれが、前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）において前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）に生じた前記よどみ点（３８）から前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の前記入口（３４）の半径方向外方へ延びた前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に分割されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項３】
前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）の幅は、前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の幅よりも狭い、請求項２記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項４】
前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）のうちの少なくとも１つは、第２のサブリブ（４８）の上流端部（４６）において前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に生じた前記よどみ点（３８）から前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に分割されている、請求項２記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項５】
前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）のうちの少なくとも１つは、第３のサブリブ（５６）の上流端部（５４）において前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に生じたよどみ点（５２）から前記第２のサブリブ（４８）の前記上流端部（４６）の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネル（５０）に分割されている、請求項４記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項６】
前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のそれぞれが、前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）において前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）に生じた前記よどみ点（３８）から前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の前記入口（３４）の半径方向外方へ延びた前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に分割されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項７】
前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）のそれぞれは、第２のサブリブ（４８）の上流端部（４６）において前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に生じたよどみ点（３８）から前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に分割されている、請求項６記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項８】
前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）のそれぞれは、第３のサブリブ（５６）の上流端部（５４）において前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に生じたよどみ点（５２）から前記第２のサブリブ（４８）の前記上流端部（４６）の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネル（５０）に分割されている、請求項７記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項９】
隣接する前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）は、前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）から半径方向外方において統合されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１０】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）は、少なくとも３つの側における面（３９）によって規定されており、かつ、前記少なくとも１つのインピンジメントオリフィス（２２）に面した開口（４１）を有する、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１１】
前記インピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）から半径方向外方へ延びた前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）は、該インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の星形パターンを形成している、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１２】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）は、前記内部冷却システム（１４）の一部を形成する面から半径方向外方へ延びる複数のリブ（２６）から形成されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１３】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）は、前記内部冷却システム（１４）の一部を形成する面（３０）内に配置された前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）によって形成されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１４】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のうちの少なくとも１つは、前記インピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）から半径方向外方へ移動したときに、前記リブ（２６）の外面（６８）から前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の内面（７０）までの深さが増大している、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１５】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のうちの少なくとも１つを形成する少なくとも１つの側面（３９）は、非直線である、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１６】
前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）を形成する前記リブ（２６）のうちの少なくとも１つは、上部（７４）より狭い基部（７２）を有してもよく、これは、インピンジメント冷却流体を、前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）がそこから延びている面（７０）に向かって内方へ方向付ける、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１７】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）を形成する前記リブ（２６）は、花弁状であり、尖った上流および下流端部（８０，８２）が、凸面状の第１および第２の側（８４，８６）と接続されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に冷却システムに関し、より詳細には、タービンエンジンの中空翼における冷却システム（ただしこれに限定されない）などの、高温に曝される構造内で利用可能な冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮空気を燃料と混合し、混合物に点火するための燃焼器と、電力を発生するためのタービンブレードアセンブリとを有する。燃焼器はしばしば、華氏２５００度を超過し得る高温で作動する。典型的なタービン燃焼器構成は、タービンブレードアセンブリをこのような高温に曝す。その結果、タービンブレードは、このような高温に耐えることができる材料から形成されなければならない。加えて、タービンブレードは、多くの場合、ブレードの寿命を延長しかつ過剰な温度の結果としての故障の可能性を減じるために冷却システムを有する。
【０００３】
内部冷却システムは、多くの場合、壁部に配置された複数のインピンジメントオリフィスを有する。インピンジメントオリフィスを備えた壁部は、通常、別の壁表面の近くに配置されており、これにより、インピンジメントオリフィスを流過する冷却流体は、壁表面と接触するように方向付けられたインピンジメントジェットを形成する。これにより、冷却流体のインピンジメントジェットは壁表面に衝突し、これは、冷却システムの冷却効率を高める。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
インピンジメントジェットの効果を高めるための内部冷却システムおよびインピンジメントジェット衝突チャネルシステムが開示されている。インピンジメントジェット衝突チャネルシステムは、１つまたは複数のインピンジメントオリフィスからずらされたインピンジメントジェット衝突キャビティを有してもよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネルは、インピンジメントジェット衝突チャネルの星形パターンを形成しながら、インピンジメントジェット衝突キャビティから半径方向外方へ延びていてもよく、隣接するインピンジメントジェット衝突チャネルをそれぞれ分離させる複数のリブによって形成されていてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネルを形成するリブは、一回または複数回だけ複数のチャネルに分割されていてもよく、これにより、よどみ点の数を増加させることにより、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの冷却能力を高めている。リブは、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの冷却効果を高めるフィンとして作用してもよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネルは、インピンジメントジェット衝突キャビティから半径方向外方へ延びていてもよく、インピンジメントジェット衝突チャネルの星形パターンを形成していてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネルシステムは、ベーン挿入体、翼前縁冷却システム、プラットフォーム、最新型トランジション、音響共振器、リングセグメントなどを含む、ガスタービンエンジン（ただしこれに限定されない）などの構成部材内で使用されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、タービン翼は、前縁と、後縁と、正圧面と、負圧面と、第１の端部と、翼を支持するための、第１の端部とは略反対側の第２の端部と、内部冷却システムとを有する略細長い中空の翼から形成されていてもよい。
【０００５】
内部冷却システムは、１つまたは複数のインピンジメントジェット衝突チャネルシステムを有してもよい。インピンジメントジェット衝突チャネルシステムは、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの効果を高めるために、微細構造などの比較的小さな構造から形成されてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネルシステムでは、インピンジメントジェット衝突キャビティは１つまたは複数のインピンジメントオリフィスからずらされていてもよく、インピンジメントジェット衝突キャビティは、少なくとも３つの側における面によって規定されており、インピンジメントオリフィスに面した開口を有する。複数のインピンジメントジェット衝突チャネルは、インピンジメントジェット衝突キャビティから半径方向外方へ延びていてもよく、隣接するインピンジメントジェット衝突チャネルをそれぞれ分離させる複数のリブによって形成されていてもよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネルのうちの１つまたは複数は、第１のサブリブの上流端部においてインピンジメントジェット衝突チャネルに生じたよどみ点からインピンジメントジェット衝突チャネルの入口の半径方向外方へ延びた第１のサブジェット衝突チャネルに分割されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、複数のインピンジメントジェット衝突チャネルのそれぞれは、第１のサブリブの上流端部においてインピンジメントジェット衝突チャネルに生じたよどみ点からインピンジメントジェット衝突チャネルの入口の半径方向外方へ延びた第１のサブジェット衝突チャネルに分割されていてもよい。第１のサブジェット衝突チャネルの幅は、インピンジメントジェット衝突チャネルの幅よりも狭くてもよい。
【０００６】
第１のサブジェット衝突チャネルのうちの１つまたは複数は、第２のサブリブの上流端部において第１のサブジェット衝突チャネルにおいて生じたよどみ点から第１のサブリブの上流端部の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネルに分割されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１のサブジェット衝突チャネルのそれぞれは、第２のサブリブの上流端部において第１のサブジェット衝突チャネルに生じたよどみ点から第１のサブリブの上流端部の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネルに分割されていてもよい。
【０００７】
同様に、第２のサブジェット衝突チャネルのうちの１つまたは複数は、第３のサブリブの上流端部において第２のサブジェット衝突チャネルに生じたよどみ点から第２のサブリブの上流端部の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネルに分割されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第２のサブジェット衝突チャネルのそれぞれは、第３のサブリブの上流端部において第２のサブジェット衝突チャネルに生じたよどみ点から第２のサブリブの上流端部の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネルに分割されていてもよい。
【０００８】
少なくとも１つの実施の形態では、隣接する第１のサブジェット衝突チャネルは、第１のサブリブの上流端部から半径方向外方において統合されていてもよい。統合されたサブジェット衝突チャネルは、排出出口から内部冷却システム内へインピンジメントジェット冷却流体を排出してもよい。
【０００９】
複数のインピンジメントジェット衝突チャネルは、少なくとも３つの側における面によって規定されていてもよく、インピンジメントオリフィスに面した開口を有してもよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネルは、内部冷却システムの一部を形成する面から半径方向外方へ延びる複数のリブから形成されていてもよい。別の実施の形態では、複数のインピンジメントジェット衝突チャネルは、内部冷却システムの一部を形成する面内に配置された複数のインピンジメントジェット衝突チャネルによって形成されていてもよい。
【００１０】
複数のインピンジメントジェット衝突チャネルのうちの１つまたは複数は、インピンジメントジェット衝突キャビティから半径方向外方へ移動したときに、リブの外面からインピンジメントジェット衝突チャネルの内面までの深さが増大していてもよい。別の実施の形態では、複数のインピンジメントジェット衝突チャネルのうちの少なくとも１つを形成する１つまたは複数の側面は、非直線であってもよい。少なくとも１つの実施の形態では、側面は、蛇行状の側面を形成する谷部を介して互いからそれぞれ分離された複数のうね状部から形成されていてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネルを形成する両方の側面は非直線であってもよく、蛇行状の側面を形成する谷部を介して互いからそれぞれ分離された複数のうね状部から形成されていてもよい。
【００１１】
別の実施の形態では、インピンジメントジェット衝突チャネルを形成するリブのうちの１つまたは複数は、上部より狭い基部を有してもよく、これは、インピンジメント冷却流体を面に向かって内方へ方向付け、この面からインピンジメントジェット衝突チャネルが延びている。これにより、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの冷却能力が高まる。複数のインピンジメントジェット衝突チャネルを形成するリブは、花弁状であり、凸面状の第１および第２の側と接続された、尖った上流および下流端部を備える。別の実施の形態では、リブは、球形、ベル形またはその他の適切な形状であってもよい。
【００１２】
使用中、空気などの、ただしこれに限定されない冷却流体は、内部冷却システムに供給されてもよい。冷却流体は、１つまたは複数のインピンジメントオリフィスを通過してもよい。冷却流体がインピンジメントオリフィスを通過するとき、インピンジメントオリフィスは、開口を通過することによってインピンジメントジェット衝突キャビティに衝突するインピンジメントジェットを形成する。インピンジメントジェットは、次いで、約９０度逸らされ、インピンジメントジェット衝突キャビティを形成する面に沿って流れる。インピンジメントジェットは、インピンジメントジェット衝突チャネルの側部を形成するリブの面の間を、内面に沿ってインピンジメントジェット衝突チャネルのそれぞれに流入する。冷却流体の一部はリブの上流端部に衝突し、これは、よどみ点を形成し、よどみ点はインピンジメントジェット衝突チャネルシステムの冷却能力を高める。インピンジメントジェットを形成する冷却流体は、星形のパターンで半径方向外方へ流れ続ける。冷却流体は、次いで、上流端部において第１のサブリブに衝突し、よどみ点を形成し、第１のサブジェット衝突チャネルに進入する。よどみ点は、同様に、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの冷却能力を高める。インピンジメントジェットを形成する冷却流体は、半径方向外方へ流れ続け、第２のサブジェット衝突チャネル、第３のサブジェット衝突チャネルなどの中へさらに拡散させられる。冷却流体は、次いで、インピンジメントジェット衝突チャネルの半径方向外側端部においてインピンジメントジェット衝突チャネルシステムから排出される。
【００１３】
インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの利点は、ジェットが衝突して目標壁部に沿って流れるように変向されたときに目標中心から離反するように移動する流れである壁部ジェットと協働することにより、ジェットの衝突が高められるということである。
【００１４】
インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の利点は、インピンジメントジェット衝突チャネルの分割により、１つまたは複数の付加的なよどみ点が生じてもよく、これが、システムの冷却能力を高めるということである。つまり、１つの実施の形態における６４箇所のよどみ点などの、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの多数のよどみ点は、システムの冷却能力を大幅に高める。
【００１５】
インピンジメントジェット衝突チャネルシステムのさらに別の利点は、インピンジメントジェット衝突チャネルおよびサブチャネルが、インピンジメントジェット流を、システムから排出されるまでチャネル内に閉じ込めるように構成されているということである。
【００１６】
インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の利点は、インピンジメントジェット衝突チャネルおよびサブチャネルの形状が、インピンジメントジェット流の流れを下流のよどみ点に向かって案内するように成形されているということである。
【００１７】
インピンジメントジェット衝突チャネルシステムのさらに別の利点は、インピンジメントジェット衝突チャネルを形成するリブの側面は、突出部を備える非直線であってもよく、インピンジメントジェット冷却流体の乱流を増大させ、これにより、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの冷却能力を高めるということである。
【００１８】
インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の利点は、ジェット流れチャネルが収束しており、これにより、突出部を備える壁部とのジェットインピンジメントの相互作用を高め、これは、乱流、およびシステムの冷却効率を高めるということである。
【００１９】
これらの実施の形態およびその他の実施の形態を以下により詳細に説明する。
【００２０】
明細書の一部に組み込まれかつ明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される本発明の実施の形態を例示し、詳細な説明と共に本発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】内部冷却システム内にインピンジメントジェット衝突チャネルシステムを備えた翼を有するタービンエンジンの透視図である。
【図２】内部冷却システム内にインピンジメントジェット衝突チャネルシステムを備えたタービン翼の透視図である。
【図３】図２の３−３に沿って見たタービン翼の断面図である。
【図４】インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの１つの実施の形態の透視図である。
【図５】インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の実施の形態の透視図である。
【図６】インピンジメントジェット衝突チャネルシステムのインピンジメントジェット衝突チャネル、第１のサブジェット衝突チャネルおよび第２のサブジェット衝突チャネルの概略図である。
【図７】図４の部分的な側面図であり、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムのインピンジメントジェット衝突チャネルを形成するリブの１つの実施の形態の透視図である。
【図８】インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の実施の形態の透視図である。
【図９】インピンジメントジェットがインピンジメントジェット衝突キャビティに衝突している、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの部分的な透視図である。
【図１０】インピンジメントジェットがインピンジメントジェット衝突キャビティに衝突している、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の部分的な透視図である。
【図１１】インピンジメントジェットがインピンジメントジェット衝突キャビティに衝突しており、かつインピンジメントジェット衝突チャネルおよび第１のサブジェット衝突チャネルに流入している、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの部分的な側面図である。
【図１２】リブ、第１のサブリブ、第２のサブリブ、第３のサブリブまたは第４のサブリブの別の実施の形態の側面図である。
【図１３】リブ、第１のサブリブ、第２のサブリブ、第３のサブリブまたは第４のサブリブの別の実施の形態の側面図である。
【図１４】インピンジメントジェット衝突チャネルシステムのインピンジメントジェット衝突チャネル、第１のサブジェット衝突チャネルおよび第２のサブジェット衝突チャネルの別の実施の形態の部分的な平面図である。
【図１５】リブ、第１のサブリブ、第２のサブリブ、第３のサブリブまたは第４のサブリブの別の実施の形態の断面図である。
【図１６】インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の実施の形態の透視図である。
【図１７】インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の実施の形態の透視図である。
【図１８】球形のリブおよび第１のサブリブと、ベル形の第２のサブリブとを備えた、インピンジメントジェット衝突チャネルシステムの別の実施の形態の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１〜図１８に示すように、インピンジメントジェット１８の効果を高めるためのインピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６が開示されている。インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６は、１つまたは複数のインピンジメントオリフィス２２からずらされたインピンジメントジェット衝突キャビティ２０を有していてよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４は、インピンジメントジェット衝突チャネル２４の星形パターンを形成しながらインピンジメントジェット衝突キャビティ２０から半径方向外方へ延びていてもよく、隣接するインピンジメントジェット衝突チャネル２４をそれぞれ分離させる複数のリブ２６によって形成されていてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネル２４を形成するリブ２６は、一回または複数回だけ複数のチャネル２４に分割されていてもよく、これにより、よどみ点２８の数を増加させることにより、インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６の冷却能力を高めている。リブ２６は、インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６の冷却効果を高めるフィンとして作用してもよい。インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６は、ベーン挿入体、翼前縁冷却システム、プラットフォーム、最新型トランジション、音響共振器、リングセグメントなどを含む、ガスタービンエンジン（ただしこれに限定されない）などの構成部材内で使用されてもよい。
【００２３】
少なくとも１つの実施の形態では、内部冷却システム１４を有するガスタービンエンジン１２のタービン翼１０は、インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６を有してもよい。タービン翼１０は、前縁９２と、後縁９４と、正圧面９６と、負圧面９８と、第１の端部１００と、翼９０を支持するための、第１の端部１００とは略反対側の第２の端部１０２と、内部冷却システム１４と、を有する略細長い中空の翼９０から形成されていてもよい。
【００２４】
インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６は、あらゆる適切な形状または構成を有するタービン翼１０内に配置されていてもよく、固定タービンベーン、回転タービンブレード、圧縮機ベーンまたは圧縮機ブレードに限定されない。
【００２５】
内部冷却システム１４は、１つまたは複数のインピンジメントオリフィス２２からずらされたインピンジメントジェット衝突キャビティ２０から形成された１つまたは複数のインピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６を有してもよい。インピンジメントジェット衝突キャビティ２０は、少なくとも３つの側における面３０によって規定されていてもよく、インピンジメントオリフィス２２に面した開口３２を有してもよい。インピンジメントジェット衝突キャビティ２０は、インピンジメントジェット１８を受け取り、このインピンジメントジェット１８をインピンジメントジェット衝突チャネル２４の入口３４内へ変向させるためのあらゆる適切な構成を有してもよい。内部冷却システム１４は、インピンジメントジェット衝突キャビティ２０から半径方向外方へ延びており、かつ隣接するインピンジメントジェット衝突チャネル２４をそれぞれ分離させる複数のリブ２６によって形成された、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４を有してもよい。リブ２６は、リブ２６の上流端部２９によどみ点２８を形成している。リブ２６の上流端部２９におけるよどみ点２８は、リブ２６から、インピンジメントジェット衝突チャネル２４を通って流れるインピンジメント冷却流体への熱伝達を高める。複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４は、インピンジメントジェット衝突チャネル２４の星形パターンを形成しながらインピンジメントジェット衝突キャビティ２０から半径方向外方へ延びていてもよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４は、少なくとも３つの側における面３９によって規定されており、インピンジメントオリフィス２２に面した開口４１を有する。少なくとも１つの実施の形態では、内部冷却システム１４は、図４に示すような８つのインピンジメントジェット衝突チャネル２４、図５および図９に示すような９つのインピンジメントジェット衝突チャネル２４、図１６および図１７に示すような１８のインピンジメントジェット衝突チャネル２４、またはあらゆるその他の数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４を有してもよい。
【００２６】
インピンジメントジェット衝突チャネル２４は、複数回、複数の冷却サブチャネルに分割されていてもよく、インピンジメントジェット衝突キャビティ２０から半径方向外方へ遠ざかるほど増大する数のチャネルを形成している。このように、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４のうちの１つまたは複数は、第１のサブリブ４２の上流端部４０においてインピンジメントジェット衝突チャネル２４に生じたよどみ点３８からインピンジメントジェット衝突チャネル２４の入口３４の半径方向外方へ延びた第１のサブジェット衝突チャネル３６に分割されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４のそれぞれは、第１のサブリブ４２の上流端部４０においてインピンジメントジェット衝突チャネル２４に生じたよどみ点３８からインピンジメントジェット衝突チャネル２４の入口３４の半径方向外方へ延びた第１のサブジェット衝突チャネル３６に分割されていてもよい。第１のサブジェット衝突チャネル３６は、第２のサブリブ４８の上流端部４６において第１のサブジェット衝突チャネル３６に生じたよどみ点３８から第１のサブリブ４２の上流端部４０の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネル４４に分割されていてもよい。第２のサブジェット衝突チャネル４４は、第３のサブリブ５６の上流端部５４において第２のサブジェット衝突チャネル４４に生じたよどみ点５２から第２のサブリブ４８の上流端部４６の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネル５０に分割されていてもよい。
【００２７】
このパターンは、数回繰り返されてもよい。実際、図１６および図１７に示すように、インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６は、インピンジメントジェット衝突キャビティ２０から半径方向外方へ遠ざかるほど増大する数のチャネルを形成した第４のサブリブ５８を有してもよい。第１のサブリブ４２、第２のサブリブ４８、第３のサブリブ５６および第４のサブリブ５８のパターンは、それぞれのインピンジメントジェット衝突チャネル２４のために繰り返されてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネル２４のそれぞれは、第１のサブリブ４２の上流端部４０においてインピンジメントジェット衝突チャネル２４に生じたよどみ点２８から第１のサブリブ４２の上流端部４０の半径方向外方へ延びた第１のサブジェット衝突チャネル３６に分割されていてもよい。第１のサブジェット衝突チャネル３６のそれぞれは、第１のサブリブ４２の上流端部４０においてインピンジメントジェット衝突チャネル２４に生じたよどみ点３８から第１のサブリブ４２の上流端部４０の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネル４４に分割されていてもよい。また、第２のサブジェット衝突チャネル４４のそれぞれは、第３のサブリブ５６の上流端部５４において第２のサブジェット衝突チャネル４４に生じたよどみ点５２から第２のサブリブ４８の上流端部４６の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネル５０に分割されていてもよい。
【００２８】
少なくとも１つの実施の形態では、図６に示すように、第１のサブジェット衝突チャネル３６の幅は、インピンジメントジェット衝突チャネル２４の幅よりも狭くてもよい。同様に、第２のサブジェット衝突チャネル４４の幅は、第１のサブジェット衝突チャネル３６の幅よりも狭くてもよい。第３のサブジェット衝突チャネル５０の幅は、第２のサブジェット衝突チャネル４４の幅よりも狭くてもよい。別の実施の形態では、第１、第２および第３のサブジェット衝突チャネル３６，４４，５０の幅は、珊瑚状チャネルなどのフラクタル関係で互いに関係していてもよい。
【００２９】
別の実施の形態では、図８に示すように、隣接する第１のサブジェット衝突チャネル３６は、第１のサブリブ４２の上流端部４０から半径方向外方において統合されていてもよい。第１のサブリブ４２は、半径方向外側へ行くほど増大する幅を有してもよい。このように、第１のサブリブ４２は、略三角形のリブから形成されていてもよく、インピンジメントジェット衝突チャネル２４を形成するリブ２６は、略楕円形のリブから形成されていてもよい。インピンジメントジェット衝突チャネル２４を形成するリブ２６の部分は、滑らかな側部を有してもよい。複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４のうちの１つまたは複数、および第１のサブジェット衝突チャネル３６を形成する側面３９のうちの１つまたは複数は、非直線であってもよい。側面３９のうちの１つまたは複数は、蛇行状の側面３９を形成しながら谷部６４を介して互いからそれぞれ分離された複数のうね状部６２から形成されていてもよい。図８に示すように、インピンジメントジェット衝突チャネル２４を形成する両方の側面３９は非直線であってもよく、蛇行状の側面３９を形成しながら谷部６４を介して互いからそれぞれ分離された複数のうね状部６２から形成されていてもよい。第１のサブジェット衝突チャネル３６の長手方向軸線６６は、非直線であってもよい。特に、第１のサブジェット衝突チャネル３６の長手方向軸線６６は湾曲させられてもよく、これにより、隣接する第１のサブジェット衝突チャネル３６は、第１のサブジェット衝突チャネル３６の入口３７から半径方向外側において接続されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６の幅は約１０ミリメートルであってもよく、第１のサブジェット衝突チャネル３６の幅は約３９５ミクロンよりも小さい。第１のサブリブ４２の高さは、１ミリメートル〜２ミリメートルであってもよい。第１のサブリブ４２の上流端部４０の幅は約２００ミクロンであってもよい。
【００３０】
少なくとも１つの実施の形態では、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４は、内部冷却システム１４の一部を形成する面３０から半径方向外方へ延びる複数のリブ２６から形成されていてもよい。リブ２６は、インピンジメントオリフィス２２に向かって半径方向外方へ延びていてもよい。別の実施の形態では、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４は、内部冷却システム１４の一部を形成する面３０内に配置された複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４によって形成されていてもよい。
【００３１】
図７に示すように、インピンジメントジェット衝突チャネル２４のうちの１つまたは複数は、インピンジメントジェット衝突キャビティ２０から半径方向外方へ離れていったときに、リブ２６の外面６８からインピンジメントジェット衝突チャネル２４の内面７０までの深さが増大していてもよい。同様に、第１のサブリブ４２、第２のサブリブ４８、第３のサブリブ５６および第４のサブリブ５８もまた、インピンジメントジェット衝突キャビティ２０から半径方向外方へ離れていったときに、リブ２６の外面６８からインピンジメントジェット衝突チャネル２４の内面７０までの深さが増大していてもよい。第１のサブリブ４２、第２のサブリブ４８、第３のサブリブ５６および第４のサブリブ５８の外面６８は、半径方向外方へ湾曲し、凸面を形成していてもよい。別の実施の形態では、インピンジメントジェット衝突チャネル２４の深さは、第１のサブリブ４２、第２のサブリブ４８、第３のサブリブ５６および第４のサブリブ５８の外面６８から遠ざかるように湾曲したインピンジメントジェット衝突チャネル２４の内面７０によって増大していてもよく、これにより、インピンジメントジェット衝突チャネル２４、第１のサブジェット衝突チャネル３６、第２のサブジェット衝突チャネル４４、第３のサブジェット衝突チャネル５０、適用可能であるならば、その他、の深さを増大させている。
【００３２】
図１３、図１５および図１８に示すように、インピンジメントジェット衝突チャネル２４を形成するリブ２６のうちの１つまたは複数は、上部７４より狭い基部７２を有してもよく、これは、インピンジメント冷却流体を、インピンジメントジェット衝突チャネル２４がそこから延びている面に向かって内方へ方向付ける。リブ２６は、１つのインピンジメントジェット衝突チャネル２４の一方の側を形成するリブ２６の１つの側においてのみ、より狭い基部７２を有してもよい。別の実施の形態では、リブ２６の両側は、リブ２６の上部７４よりも狭い基部７２を有してもよい。図１５に示すように、リブ２６の断面図は、略ベル形の断面を有してもよく、この場合、リブ２６の側部を形成する面３９は、湾曲しているなど、非直線である。面３９は、凹面状および凸面状の湾曲したセクション７６，７８を有してもよい。凸面状の湾曲したセクション７８は、インピンジメントジェット冷却流体を内面７０に向かって方向付け、増大した冷却を促進するために、内面７０から凹面状セクション７６の外側に配置されていてもよい。第１のサブリブ４２、第２のサブリブ４８、第３のサブリブ５６および第４のサブリブ５８のうちの１つまたは複数は、上部７４よりも狭い基部７２を有してもよく、リブ２６に関して上述したように構成されていてもよい。別の実施の形態では、リブ２６、第１のサブリブ４２、第２のサブリブ４８、第３のサブリブ５６および第４のサブリブ５８のうちの１つまたは複数は、球形であってもよい。
【００３３】
図１６および図１７に示すように、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル２４を形成するリブ２６は、花弁状であり、尖った上流および下流端部８０，８２が、凸面状の第１および第２の側面８４，８６と接続されている。リブ２６およびサブリブ４２，４８，５６，５８のそれぞれは、すぐ半径方向内側のリブ２６またはサブリブ４２，４８，５６，５８よりも、インピンジメント衝突キャビティ２０から半径方向外方へ行くほど小さくなっていてよい。特に、第１のサブリブ４２の幅または長さ、またはそれら両方が、リブ２６よりも小さくてもよい。第２のサブリブ４８の幅または長さ、またはそれら両方が、第１のサブリブ４２よりも小さくてもよい。第３のサブリブ５６の幅または長さ、またはそれら両方が、第２のサブリブ４８よりも小さくてもよい。第４のサブリブ５８の幅または長さ、またはそれら両方が、第３のサブリブ５６よりも小さくてもよい。
【００３４】
使用中、空気などの、ただしこれに限定されない冷却流体が、内部冷却システム１４に供給されてもよい。冷却流体は、１つまたは複数のインピンジメントオリフィス２２を通過してもよい。冷却流体がインピンジメントオリフィス２２を通過するとき、インピンジメントオリフィス２２は、開口３２を通過することによってインピンジメントジェット衝突キャビティ２０に衝突するインピンジメントジェット１８を形成する。インピンジメントジェット１８は、次いで、約９０度逸らされ、インピンジメントジェット衝突キャビティ２０を形成する面３０に沿って流れる。インピンジメントジェット１８は、インピンジメントジェット衝突チャネル２４の側部を形成するリブ２６の面３９の間の、内面７０に沿ったインピンジメントジェット衝突チャネル２４のそれぞれに流入する。冷却流体の一部はリブ２６の上流端部２９に衝突し、これがよどみ点２８を形成し、よどみ点２８はインピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６の冷却能力を高める。インピンジメントジェット１８を形成する冷却流体は、星形のパターンで半径方向外方へ流れ続ける。冷却流体は、次いで、上流端部４０において第１のサブリブ４２に衝突し、よどみ点３８を形成し、第１のサブジェット衝突チャネル３６に進入する。よどみ点３８は、同様に、インピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６の冷却能力を高める。インピンジメントジェット１８を形成する冷却流体は、半径方向外方へ流れ続け、第２のサブジェット衝突チャネル４４、第３のサブジェット衝突チャネル５０などの内部へさらに拡散させられる。冷却流体は、次いで、インピンジメントジェット衝突チャネル２４の半径方向外側の端部においてインピンジメントジェット衝突チャネルシステム１６から排出される。
【００３５】
上記説明は、本発明の実施の形態を例示、説明および記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更および適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月6日(2017.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部冷却システム（１４）であって、
少なくとも１つのインピンジメントジェット衝突チャネルシステム（１６）が、
少なくとも１つのインピンジメントオリフィス（２２）からずらされたインピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）を備え、該インピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）は、少なくとも３つの側における面（３０）によって規定されており、かつ、前記少なくとも１つのインピンジメントオリフィス（２２）に面した開口（３２）を有しており、
前記インピンジメントジェット衝突キャビティ（２０）から半径方向外方へ延びており、かつ、隣接するインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）をそれぞれ分離させた複数のリブ（２６）によって形成された、複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）を備え、
該複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のうちの少なくとも１つは、第１のサブリブ（４２）の上流端部（４０）において前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）に生じたよどみ点（３８）から前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の入口（３４）の半径方向外方へ延びた第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に分割されていることを特徴とする、内部冷却システム（１４）。
【請求項２】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のそれぞれが、前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）において前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）に生じた前記よどみ点（３８）から前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の前記入口（３４）の半径方向外方へ延びた前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に分割されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項３】
前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）の幅は、前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の幅よりも狭い、請求項２記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項４】
前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）のうちの少なくとも１つは、第２のサブリブ（４８）の上流端部（４６）において前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に生じた前記よどみ点（３８）から前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に分割されている、請求項２記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項５】
前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）のうちの少なくとも１つは、第３のサブリブ（５６）の上流端部（５４）において前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に生じたよどみ点（５２）から前記第２のサブリブ（４８）の前記上流端部（４６）の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネル（５０）に分割されている、請求項４記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項６】
前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）のそれぞれが、前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）において前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）に生じた前記よどみ点（３８）から前記インピンジメントジェット衝突チャネル（２４）の前記入口（３４）の半径方向外方へ延びた前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に分割されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項７】
前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）のそれぞれは、第２のサブリブ（４８）の上流端部（４６）において前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）に生じたよどみ点（３８）から前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）の半径方向外方へ延びた第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に分割されている、請求項６記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項８】
前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）のそれぞれは、第３のサブリブ（５６）の上流端部（５４）において前記第２のサブジェット衝突チャネル（４４）に生じたよどみ点（５２）から前記第２のサブリブ（４８）の前記上流端部（４６）の半径方向外方へ延びた第３のサブジェット衝突チャネル（５０）に分割されている、請求項７記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項９】
隣接する前記第１のサブジェット衝突チャネル（３６）は、前記第１のサブリブ（４２）の前記上流端部（４０）から半径方向外方において統合されている、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【請求項１０】
前記複数のインピンジメントジェット衝突チャネル（２４）は、少なくとも３つの側における面（３９）によって規定されており、かつ、前記少なくとも１つのインピンジメントオリフィス（２２）に面した開口（４１）を有する、請求項１記載の内部冷却システム（１４）。
【国際調査報告】
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