(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェル内に中央電極を備える半導体型の点火プラグであって、シェルがその燃焼室側の端で点火プラグの軸に対して垂直な平面を形成し、半導体が該平面と中央電極との間に挿入された点火プラグと、
ガスタービンエンジンの燃焼室に固定されたダクトと、
浮動スリーブと
を備え、
点火プラグが、点火プラグの軸に対して垂直な軸に沿った拡張に適応させるために該浮動スリーブを介してダクト内に取り付けられ、
浮動スリーブが、点火プラグとともに、冷却空気が移動することが可能な環状スリーブ空洞を画定する円筒部分を備え、
装置が、点火プラグの半導体を冷却するように空気を案内する手段をさらに備え、
シェルと半導体が、それらの燃焼室側の端で点火プラグの環状空洞を画定し、
シェルが、環状スリーブ空洞と連通した、点火プラグの環状空洞の領域内のオリフィスと、シェルの前記平面上のオリフィスとを備える、装置。
【請求項２】
スリーブが、ダクト内に形成された滑り案内面と協働するフランジを形成した上方ディスクを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のように取り付けられた少なくとも１つの点火プラグを備える、燃焼室。
【請求項４】
請求項３に記載の燃焼室を備える、ガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの分野に関し、より詳しくは、燃焼室内に取り付けられる半導体型点火プラグ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、燃焼室はコンプレッサからの空気を受け取り、その空気の一部は、一次燃焼領域で燃焼される燃料と混合される。気化装置の下流に位置決めされた１つまたは２つの点火プラグによって点火がもたらされる。空気の他の部分は一次燃焼領域を迂回し、燃焼ガスと混合する。高温ガスは全てタービンに向けて送られる。燃焼室は、一定数の基本的明細事項、即ち飛行中再点火、温度プロフィルの形状、汚染ガスの排出、ならびに燃焼室の様々な構成要素の耐熱的完全性および機械的完全性などを満たすように設計されている。
【０００３】
特に、点火システムは、燃焼室で偶発的に火が消えると飛行中に再点火する能力があると同時に、燃焼室に掛けられる熱応力を許容し、これに耐えることが可能でなければならない。これらの２つの条件が、調和させることが困難な装置を支配している。具体的には、噴射装置は特定角度で面状の噴霧燃料を作り出す。この角度が極めて小さい場合、点火プラグは燃料によって形成された円錐体の外側になる。このことは耐熱的完全性の点では好ましいが、燃焼室内での点火の容易度を低下させてしまう。逆に面状の燃料が極めて大きな円錐体の角度を形成する噴射装置では、燃料が壁および点火プラグに衝突するために、噴射装置は、点火プラグを取り囲んだ燃焼室の領域を相当に加熱してしまう。このことは、これらの構成要素の耐熱的完全性に対して悪影響を及ぼす。
【０００４】
本発明は、構成要素自体が燃焼室のケーシングに取り付けられてアダプタとして作用する構成要素を介して、点火プラグが燃焼室に取り付けられた点火装置に関する。点火プラグは、ケーシングから燃焼室の内部に向かって半径方向に延在し、点火プラグの端部は、燃焼室の壁に形成されてダクトを形成した開口部を介して、燃焼室の壁に対して流動的な状態に位置する。点火プラグのまわりには最小限度の横方向の隙間が残されていて、飛行中の様々な局面での温度変化の結果として燃焼室とケーシングが相対的に移動するのを許容して、ケーシングに固定されている点火プラグが燃焼室の壁内の開口部の縁部に当接または圧迫しないようにしている。燃焼室の壁内の開口部は、点火プラグが中に滑り込まされるダクトを形成し、点火プラグを取り囲んだ浮動スリーブが、燃焼室と、燃焼室およびケーシングの間の空間との間の密閉をもたらす。アダプタを使用して燃焼室内に点火プラグを取り付けるこの方法の一例が、欧州特許出願第１，４４３，１９０号明細書に開示されている。
【０００５】
ガスタービンエンジン燃焼室内で使用される点火プラグには以下の２つの型があることに留意されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願第１，４４３，１９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
即ち、「高エネルギー／高電圧」型の、作動電圧が２０ｋＶ程度の点火プラグと、「高エネルギー／低電圧」型の、作動電圧が２ｋＶから３ｋＶ程度の点火プラグとである。「高エネルギー／低電圧」型の点火プラグは、それらの電極間に半導体材料を有して、電極間に充分な電圧が掛けられるとスパークが発生するようにしている。これらの点火プラグの耐用期間は限定されている。「高エネルギー／高電圧」の点火プラグの場合には、これは電極の磨耗によって限定され、「高エネルギー／低電圧」の点火プラグの場合には、半導体の磨耗によって耐用期間が限定される。半導体は電極よりも早く磨耗してしまう。
【０００８】
「高エネルギー／低電圧」の点火プラグの利点は、一方では、それらの動作が燃焼室の条件には大きく依存しないということに関連付けられ、他方では、点火プラグを作動させるために、よりコンパクトな点火の連鎖しか必要ないことに関連付けられている。
【０００９】
点火シーケンスが繰り返された後、点火プラグの半導体は大きな熱応力を受ける。半導体への燃料の衝突が電気アークと共にこの半導体に損傷を起こして、半導体の形状を変えてしまう。
【００１０】
本発明の目的は、半導体が冷却されると同時に半導体への燃料の衝突を制限することを可能にする新たな点火プラグ装置を提供することによって、半導体型の点火プラグの寿命を向上させることである。
【００１１】
本発明の目的は、半導体を冷却すると同時に半導体への燃料の衝突を制限するように、点火装置の浮動スリーブの形状を再検討し、点火プラグのシェルを修正することである。本発明は、半導体への熱応力が制限されるのを可能にすることによって半導体の寿命を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、シェル内の半導体型の点火プラグと、ガスタービンエンジンの燃焼室に固定されたダクトと、浮動スリーブとを有し、点火プラグの軸に対して垂直な軸に沿った拡張を収容するために該浮動スリーブを介して点火プラグがダクト内に取り付けられている、装置に関する。この装置は、点火プラグの半導体を冷却するように空気を案内する手段を備え、シェルと半導体は、それらの燃焼室の端で点火プラグの環状空洞を画定し、シェルは、スリーブの環状空洞と連通した、点火プラグの環状空洞の領域内のオリフィスと、シェルの平面上のオリフィスとを備えることを特徴としている。
【００１３】
本発明の他の特徴によると、浮動スリーブは、冷却空気が旋回することができるスリーブの環状空洞を点火プラグとともに形成した円筒部を備える。
【００１４】
より詳しくは、スリーブは、ダクト内に形成された滑り案内面と協働するフランジを形成した上方ディスクを備える。
【００１５】
本出願はまた、以上に詳述したように取り付けられた少なくとも１つの点火プラグを備えるガスタービンエンジンの燃焼室に関する。
【００１６】
本出願はさらに、以上に詳述したように取り付けられた少なくとも１つの点火プラグを備えるガスタービンエンジンに関する。
【００１７】
次に本発明について添付の図面を参照してより詳しく述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスタービンエンジンの燃焼室の一部分の縦断面図を示す。
【図２】従来技術の半導体型点火プラグの縦断面図を示す。
【図３】本発明による点火プラグ装置の縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１で分かるように、燃焼室１は外部ケーシング３によって形成された環状の空間内に含まれている。燃焼室１は、フランジまたは支持部を備えた１つまたは複数の外側シェルリング７と、フランジを備えた１つまたは複数の内部シェルリング８と、上流のフェアリングに結合された燃焼室端壁９とを備える。エンジンの軸のまわりに分配された複数の燃料噴射管が、燃焼室端壁９の中に通じている。デフレクタ１１は各供給管のまわりにボールを形成し、フェアリング領域に進入した空気の一部を噴霧燃料に向けて半径方向かつ旋回方向に偏向させ、そのようにして燃料と空気の混合物を作り出す。燃焼室の端壁の下流に一次燃焼領域が形成され、ここで、混合物は、円周方向に分配された１つまたは複数の点火プラグ１３によって点火される。
【００２０】
図２は、半導体型点火プラグの基本的設計の概略図である。これは、点火プラグのシェルまたは外部電極１５を構成する筒状の金属体と中央電極１６とから構成される。中央電極の電気絶縁は、シェル１５と中央電極１６との間に挿入された、図面に示されていないスリーブ管によってもたらされる。点火プラグの端には、中央電極１６とシェル１５の端同士を連結するセラミックの半導体１７がある。シェル１５の内壁は、半導体の形状に沿うのに最適となるように、その下方端で円錐状であり、その外壁は点火プラグの軸に対して垂直な平面を形成している。このようにして形成されたシェルは半導体を平面に保持し、半導体が燃焼室に進入するのを防止する。
【００２１】
図３で示されているように、本発明による半導体型の点火プラグ１３は、シェル３０を構成した筒状体と、シェル３０と同じ対称軸を有した中央電極４０とからなる。シェル３０と中央電極４０の材料としては、ニッケル−クロム合金鋼などの導電材料が選択される。点火プラグ１３はダクト１４内に案内される。ダクト１４は、燃焼室１内に形成された開口部に既に取り付けられている。上記ダクト１４は円筒形状であり、その上方部に、スリーブ５０のフランジ５１が支承される滑り案内面を形成した平面１４１を有する。ワッシャの形態の構成要素１４２が上記スリーブをダクト１４上に締め付ける。
【００２２】
点火プラグ１３の端で切欠き図に示されているのは、シェル３０と中央電極４０との間に位置付けられた半導体２５である。シェル３０は、その下方端で、点火プラグの軸に対して垂直な平面３１を形成している。点火プラグの半導体２５は、この平面３１と中央電極４０との間に挿入されている。半導体２５の端とシェル３０の内壁とが点火プラグの環状空洞２０を画定している。
【００２３】
浮動スリーブ５０は、シェル３０の直径よりも大きな直径を有した、点火プラグ１３を取り囲む２つのディスクを両端に有した円筒形状の一部分を備える。スリーブ５０の内部壁とシェル３０とがスリーブの環状空洞１０を画定している。下方ディスク５２がスリーブの空洞１０を閉鎖する。スリーブ５０の上方ディスクは大きい直径を有し、ダクト１４の滑り案内面１４１−１４２の中に嵌るフランジ５３を形成している。フランジ５３より上のスリーブ５０の上方部は、燃焼室の外側の空気を環状空洞１０の上でこのフランジに開けられたオリフィス５３’に向けて送るように、末広形状を有する。したがって空気は環状空洞１０から、点火プラグ１３の軸と平行な壁上でシェル３０の下方部内に開けられたオリフィス３３に向かって流れる。これらのオリフィス３３は傾斜され、環状空洞２０の中に通じている。環状空洞１０内に存在する空気はオリフィス３３を通過し、環状空洞２０に進入し、そのようにして半導体２５上に衝突し、半導体を冷却する。
【００２４】
排出オリフィス３５が、点火プラグの軸と平行にシェル３０の平面３１上に開けられている。これらも燃料が半導体上に沈降するのを防止する。
【００２５】
通気オリフィス１４３が、点火プラグの軸に直角にダクト１４の下方部上に開けられている。燃焼室の外側の空間からの空気も、燃焼室のこの領域を冷却することに寄与する。
【００２６】
したがって、燃焼室の外側からの空気が、オリフィス５３’を介して、スリーブ５０の装置によって形成された環状空洞１０に進入することができる。次いで空気がシェル３０内のオリフィス３３を通過し、環状空洞２０の中へと至り、点火プラグの半導体上に衝突して、それを冷却する。燃料が半導体上に沈降するのを防止するために、空気が再浮上できるようにシェル３０の下方部内にオリフィス３５が作成されている。
【００２７】
この実施形態によると、オリフィス３３は点火プラグのシェルに向けて傾斜され、オリフィス３５は点火プラグの軸と平行である。これらのオリフィスの形状は非限定的であり、したがって、図面に示されていない他の実施形態では、オリフィス３３は点火プラグの軸に対して直角であってもよく、オリフィス３５は傾斜され、中央電極とシェルとの間に作り出される電気アークを妨害しないように末広型である。
【符号の説明】
【００２８】
１  燃焼室
３  外部ケーシング
７  外側シェルリング
８  内部シェルリング
９  燃焼室端壁
１０  環状空洞
１１  デフレクタ
１３  点火プラグ
１４  ダクト
１５  外部電極
１６、４０  中央電極
１７  セラミック半導体
２０  環状空洞
２５  半導体
３０  シェル
３１、１４１  平面
３３、５３’  オリフィス
３５  排出オリフィス
５０  浮動スリーブ
５１、５３  フランジ
５２  下方ディスク
１４２  ワッシャの形態の構成要素
１４３  通気オリフィス
【図１】
0005441420.tif 000002
【図２】
0005441420.tif 000003
【図３】
0005441420.tif 000004