(57)【要約】  アークギャップを可変としたプラズマ点火器要素（３２）は、互いに対して移動可能な電極（４０，５４）を有する。電極（４０，５４）は、プラズマアークを引き起こすために、より小さいエアギャップを画定するように配置され、その後、より長いプラズマアークを得るために引き離されるのが好ましい。
2008530411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互間にギャップを画定し、電圧が印加されたときに該ギャップを貫通して延びるプラズマアークを発生させるように構成された第１の電極および第２の電極と、
アーク放電中に、第１の位置から、該第１の位置と比較して前記ギャップの大きさを増大させる第２の位置に、前記第２の電極を前記第１の電極に対して移動させる手段と、
を有するアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項２】
前記第２の電極を移動させる前記手段は、ソレノイドアクチュエータを有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項３】
前記第１の電極を含む点火栓を有し、該点火栓は静止した支持構造体に取付けられることを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項４】
前記第２の電極の前記第１の位置は、前記プラズマアークを引き起こすために前記第１の電極に近接して画定されることを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項５】
前記第２の電極を前記第２の位置から、トーチ点火プロセスが完了したときに該第２の電極が燃焼領域に実質的に露出することがないようにする第３の位置に移動させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項６】
前記第２の電極を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる前記手段と、該第２の電極を前記第２の位置から前記第３の位置に移動させる前記手段とが一体化されることを特徴とする請求項５に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項７】
前記第２の電極の移動を制御して、移動中に、前記プラズマアークが追従して伸長するのを可能にする制御ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項８】
前記電極を冷却する空気冷却回路を有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項９】
前記空気冷却回路は冷却チャンバを有し、前記第２の電極は該冷却チャンバを移動可能に貫通して延びることを特徴とする請求項８に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項１０】
前記第２の電極に取付けられ、前記冷却チャンバ内を一緒に移動できるピストンを有し、前記冷却チャンバは入口および出口を有し、該入口および該出口は、前記第２の電極が前記第１の位置にあるときに、前記ピストンが、前記入口から前記冷却チャンバを通って前記出口に空気が流れるのを可能にし、前記第２の電極が前記第２の位置にあるときに、前記ピストンが、前記入口から前記出口に空気が流れるのを防止するように配置されることを特徴とする請求項９に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項１１】
前記冷却チャンバは、前記ピストンが前記第２の電極とともに、該第２の電極の端部が燃焼領域に実質的に露出されなくなるまで、前記第２の位置からさらに遠ざかるのを可能にする長さを有することを特徴とする請求項１０に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項１２】
キャビティに露出した端部を有する第１の電極と、
前記第１の電極に対して移動可能でかつ離間しており、該第１の電極の前記端部とその端部との間に大きさが可変のギャップを画定する第２の電極と、
アーク放電中に、少なくとも前記第２の電極を移動させ、これによって、アークの大きさを変えるように構成された装置と、
を有するガスタービンエンジン用のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項１３】
前記第２の電極を移動させる前記装置は、ソレノイドアクチュエータを有することを特徴とする請求項１２に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項１４】
前記ソレノイドアクチュエータは、前記ソレノイドが作動を止められたときに前記第２の電極を第１の位置から第２の位置に移動させるように、前記第２の電極に移動力を加えるスプリングを有することを特徴とする請求項１３に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項１５】
ガスタービンエンジンに点火する方法であって、
プラズマ点火器要素の第１の電極および第２の電極を、これらの間に小アークギャップを画定するように近接した関係で配置するステップと、
前記アークギャップを横断するプラズマアークを引き起こすために前記電極間に電圧を印加するステップと、
前記アークギャップを増大させるステップと、
燃料に点火するために前記プラズマアーク近傍に燃料流を噴射するステップと、
を備える方法。
【請求項１６】
前記噴射ステップは、前記増大ステップの後に行われることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記電極間のプラズマアーク不良のために、該電極の一方に連結された接地回路に電流が流れていないことを検出するステップと、警告信号を生成するステップとを有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火システムに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの連続プラズマ点火システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの点火システムは、プラズマ点火器を有することができる。プラズマアークは、２つの電極間のエアギャップを横切って発生し、燃焼室内の燃料に点火する。２つの電極間のエアギャップの大きさは、点火器設計において問題になる。エアギャップが大きいほど、より大きなエネルギをプラズマアークにもたらすが、より高い放電破壊電圧が必要となり、これは、リード接続部などの別の場所で障害を引き起こすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、プラズマ点火器を改良する必要がある。
【０００４】
本発明の１つの目的は、ガスタービンエンジン用の改良したプラズマ点火器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、プラズマ点火器要素はアークギャップを可変とされ、このプラズマ点火器要素は、それらの間にギャップを画定し、電極間に電圧が印加された場合にギャップを貫通するプラズマアークを発生させるように構成された第１の電極と第２の電極を有する。放電中に、第２の電極を第１の位置から第２の位置に第１の電極に対して移動させる手段が設けられる。第２の位置では、第１の位置に比べてギャップが大きくなる。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジン用の、アークギャップを可変としたプラズマ点火器要素が設けられ、このプラズマ点火器要素は、キャビティに露出した端部を有する第１の電極と、第１の電極に対して移動可能でありかつそれから離間して、第１の電極の端部と第２の端部との間に大きさが可変のギャップを画定する第２の電極と、アーク放電中に少なくとも第２の電極を移動させてアークの大きさを変える装置と、を有する。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、ガスタービンエンジン用の、アークギャップを可変としたプラズマ点火器要素を作動させる方法が提供され、その方法は、それらの間に小さいアークギャップを画定するように、プラズマ点火器要素の第１の電極および第２の電極を近接した関係で配置することと、電極間に電圧を印加してアークギャップを横断するプラズマアークを引き起こすことと、アークギャップを大きくすることと、プラズマアーク近傍に燃料流を噴射して燃料に点火することと、を含む。
【０００８】
本発明は、極度に長いプラズマアークを比較的低い放電破壊電圧で有利に発生させ、これによって、障害モードを低減する。本発明の前記および他の特徴と利点が以下の説明を参照してより深く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に概略的に示したターボファンエンジンに関する本発明の典型的な用途例は、本発明の適用例として提示した本発明の実施形態を組み込み、ハウジングもしくはナセル１０と、ファン１４、低圧コンプレッサ１６、および低圧タービン１８を含む、全体的に番号１２で示した低圧スプールアッセンブリと、高圧コンプレッサ２２および高圧タービン２４を含む、全体的に番号２０で示した高圧スプールアッセンブリと、を有する。環状燃焼器２６と、液体燃料を空気と混合し、燃焼させるために、混合した燃料／空気流を環状燃焼器２６内に噴射する複数の燃料インジェクタ２８とを有する、全体的に番号２５で示したバーナが設けられている。
【００１０】
全体的に数字３２で示した連続プラズマ点火システムは、トーチ点火プロセスを起動して燃焼プロセスを開始するために、複数の燃料インジェクタ２８の１つの下流で環状燃焼器２６の一箇所に設けられている。本発明による連続プラズマ点火システム３２は、電極間のエアギャップを変えて、その間に発生したプラズマアークのエネルギレベルを変えるように構成されている。
【００１１】
なお、図２〜図５に示す様々な実施形態の同様の部品は、本発明の説明の都合上、同じ数字で示されている。１つの実施形態で他とは異なる部品だけが別の数字を参照して別に説明される。
【００１２】
図２を参照すると、連続プラズマ点火システム３２は、内部にキャビティ３６を形成する点火器本体部３４を有する。キャビティ３６は、図１の環状燃焼器２６のチャンバと流体連通するか、あるいは点火器本体部３４が燃焼器２６の構造部品である場合は、環状燃焼器２６のチャンバの一部とすることができる。１つの燃料インジェクタ２８は、燃料をキャビティ３６に噴射するように構成されている。燃料インジェクタ２８は、点火器本体部３４に取付けるのが好ましいが、さもなければ、燃料インジェクタ２８がキャビティ３６に向かう燃料を所定の位置に噴射できることを条件に、エンジンの他の構造体に取付けることもできる。
【００１３】
エキサイタなどの電気高電圧源に接続された点火栓３８は、点火器本体部３４の片側に取付けられている。点火栓３８は、端部４２がキャビティ３６に露出した電極４０を有する。
【００１４】
シリンダ４４は、点火器本体部３４の反対側に取付けられており、内部にスライド可能なピストン４６を収容している。ソレノイド４８は、（この実施形態に示すように）シリンダ４４の内部または外部のいずれかに取付けられている。ピストン４６は、片側でピストンロッド５０によってソレノイド４８に連結されている。スプリング５２は、シリンダ４４内に設けられている。スプリング５２は、一方の端部でピストン４６に取付けられ、他方の端部はシリンダ４４に取付けられており、ピストン４６が左方向または右方向に移動すると、スプリング５２はピストン４６によって引き伸ばされるか、または圧縮される。電極５４は、反対側でピストンに取付けられ、キャビティ３６に亘って、電極４０に向かって延びる。電極５４は、点火栓３８に電圧を供給する電気回路（図示せず）内で接地されている。シリンダ４４は点火栓３８と実質的に一列になっており、したがって、電極４０，５４は互いに整列している。
【００１５】
電極５４、ピストン４６、ピストンロッド５０およびソレノイド４８は、電極５４に以下の動作をさせるように寸法を決められ、配置されている。第１の位置では、ソレノイド４８が作動しており、電極５４の端部５６が電極４０の端部４２に近接するまで（各電極の２つの端部が互いにほとんど接触しそうになるのが好ましい）、電極５４、ピストン４６、およびピストンロッド５０からなる組み合わせ体を電極４０に向かって移動させる。したがって、各電極４０，５４の２つの端部４２と端部５６との間に形成されるエアギャップ（指示せず）では抵抗が低くなり、抵抗が低いことにより、エアギャップを貫通するプラズマアークを引き起こすために点火栓３８に印加される放電破壊電圧は比較的低くてもよくなる。
【００１６】
プラズマアークが引き起こされると、ソレノイド４８は作動を止められる。ピストン４６がソレノイド４８によって左方向に第１の位置まで動かされた状態で、スプリング５２は引っ張られて伸びているので、伸びたスプリング５２の弾性力は、このとき電極５４、ピストン４６、およびピストンロッド５０からなる組み合わせ体を引き寄せて右方向に移動させ、第２の位置と称するニュートラル位置に戻す。第１の位置から第２の位置に向かう電極５４の移動中に、端部４２と端部５６との間のエアギャップを横断する確立された初期イオン化パスが依然として好ましい電気経路であるので、電極５４が第１の位置にあるときに端部４２と端部５６との間の最小エアギャップを横断するプラズマアークは、電極５４の移動に追従して伸長する。このようにして、通常は極度に高い放電破壊電圧を必要とする極度に長いプラズマアークを、より低い放電破壊電圧レベルを使用して発生させることができる。各電極４０，５４の端部４２と端部５６との間のエアギャップが大きくなるので、抵抗もまた大きくなる。したがって、エアギャップを貫通するより長いプラズマアークは、電極５４が第１の位置にあるときに端部４２と端部５６との間の最小エアギャップを横断する初期プラズマアークと比べて、高いレベルの電気エネルギを保有する。
【００１７】
スプリング５２のニュートラル位置（電極５４の第２の位置）を適切に定めると、トーチ点火プロセスを開始するのに望ましい電気エネルギレベルで、各電極４０，５４の端部４２と端部５６との間にプラズマアークを確立することができる。また、スプリング５２の弾性特性は、電極５４の移動を確実に制御可能にして、移動中にプラズマアークが追従し、維持されるように適切に決めるべきである。
【００１８】
電極５４が第２の位置にあり、高い電気エネルギレベルを保有するより長いプラズマアークが確立されると、燃料インジェクタ２８は、燃料をキャビティ３６に噴射する。噴射した燃料は、各電極４０，５４の端部４２と端部５６との間に延びるプラズマアークによって点火され、それによって、トーチ点火プロセスを開始する。トーチ点火プロセスが開始されると、図１のすべての燃料インジェクタ２８は、燃焼プロセスを開始して維持するために、環状燃焼器２６に燃料を連続して噴射する。燃焼プロセス中に、周囲空気の温度および圧力が特定のレベルまで上昇すると、ピストン４６は、高温空気の圧力によって、スプリング５２の弾性力に逆らってさらに左方向に移動され、これによって、キャビティ３６内の燃焼領域から電極５４を遠ざける。エンジンが運転を停止し、キャビティ３６内の高温空気圧力がもはや存在しなくなると、その弾性力を蓄えたスプリング５２は、圧縮された状態から動いてニュートラル位置に復帰し、これによって、電極５４、ピストン４６、およびピストンロッド５０からなる組み合わせ体を移動させて第２の位置に戻す。
【００１９】
図３〜図５を参照すると、本発明の別の実施形態による連続プラズマ点火システム３２’は、冷却システム（図示せず）を組み込んでいる。図２の実施形態と同様に、システム３２’は、中央部分にキャビティ３６を形成する点火器本体部３４を有する。さらに、キャビティ３６は、内面に取付けたセラミック製の裏当て５８を有する。点火器本体部３４はさらに、片側に円筒形チャンバ６０を形成し、反対側に円筒形チャンバ６２を形成している。円筒形チャンバ６０内に取付けた点火栓３８は電極４０を有し、高電圧源に電気的に接続されている。円筒形チャンバ６２は、内部をスライドして移動できるピストン部材４６を収容している。ソレノイド４８は、円筒形チャンバ６２の外側で点火器本体部３４に取付けられている。
【００２０】
ピストンロッド５０は、ソレノイド４８を貫通し、ピストン４６とは反対側の端部で端部部材６４に取付けられている。ピストン５０は、ソレノイド４８が作動されると、図３に示すような第１の位置に移動し、その位置に留まるように動作することができる。この位置では、端部部材６４はスプリング５２を圧縮して弾性エネルギを蓄えさせる。スプリング５２は、一方の端部で点火器本体部３４に取付けられ、他方の端部で端部部材６４に連結されている。ソレノイド４８が作動を止められ、スプリング５２がニュートラル位置に戻り、これによって端部部材６４を外側に移動させるときに、ピストンロッド５０は、ソレノイド４８を通って図３の第１の位置から図４の第２の位置に、束縛を受けることなく移動できる。
【００２１】
ソレノイド４８が作動を止められ、ピストン４６が、以下にさらに説明される空気圧力差によって押されたときに、ピストンロッド５０は、ソレノイド４８を通って図４の第２の位置から図５に示す第３の位置にさらに移動することができる。この第３の位置では、スプリング５２は強制的に伸ばされ、これによって、弾性変形の形でエネルギを蓄える。空気圧力差がなくなると、伸長したスプリング５２の蓄えたエネルギは、端部部材６４を、ひいては電極５４、ピストン４６、およびピストンロッド５０からなる組み合わせ体全体を図４の第２の位置に引き戻す。このように、ピストン４６に連結された電極５４は３つの作動位置をとり、これら作動位置は、以下の点火手順に関連させてさらに説明される。
【００２２】
冷却空気回路（図示せず）が連続プラズマ点火システム３２に対して用意され、好ましくは、エンジンのコンプレッサ空気などの圧力空気源に接続される。流体流路６６は点火器本体部３４内に設けられ、円筒形チャンバ６０と冷却空気回路を流体連通する。流体流路６８，７０は、点火器本体部３４内に設けられ、円筒形チャンバ６２と冷却空気回路を流体連通する。流体流路６８，７０は、図３に示す第１の位置ではピストン４６の右側にともに位置し、図４および図５に示す第２の位置および第３の位置にあるときに、ピストン４６の両側に位置する。電極４０は、点火栓３８とともに、点火器本体部３４の円筒形チャンバ６０内に取付けられ、キャビティ３６内の高温燃焼によって電極４０の端部４２が損傷を受ける可能性を低減するために、電極４０の端部４２をキャビティ３６に露出させるが、キャビティ内に突出させないように配置されている。
【００２３】
電極５４は、その関連部品とともに、以下の必要条件を満たすように設計されている。すなわち、図３に示す第１の位置では、電極５４の端部５６は、電極４０の端部４２と近接し、図４に示す第２の位置では、電極５４の端部５６は、トーチ点火プロセスを開始させる所定の電気エネルギレベルをもったプラズマアークを２つの電極４０と電極５４との間に発生させるために所定の位置に配置され、図５に示す第３の位置では、電極５４はキャビティ３６から後退し、電極５４の端部５６はキャビティ３６内に突出していない。
【００２４】
連続プラズマ点火システム３２’を使用したガスタービンエンジンの点火手順は３段階ある。第１の段階である点火手順の最初に、ソレノイド４８が作動され、これにより、各電極４０，５４の端部４２および端部５６が互いにほとんど接触しそうになるまで、電極５４、ピストン４６、およびピストンロッド５０からなる組み合わせ体を、スプリング５２に逆らって、固定高電圧電極４０に向かって内方に移動させる。これにより、比較的低い放電破壊電圧を電極に印加したときに、キャビティ３６または電極４０，５４を囲む絶縁物の有無にかかわらず、電極４０および電極５４を横断する高信頼性の低出力イオン化パスができる。こうして、図３に示すように、初期プラズマアークが発生する。
【００２５】
初期プラズマアークが発生すると、点火手順は、図４に示す第２の段階に入る。この第２の段階では、ソレノイド４８は作動を止められ、圧縮されたスプリング５２の引き戻し力が、接地した電極５４を高電圧電極４０から離れる方向に引き寄せ、初期プラズマアークは電極５４の移動に追従する。各電極４０，５４の端部４２と端部５６との間のエアギャップの抵抗は大きくなり、伸長しているプラズマアークに入力される電気エネルギも同様に増える。初期の小さいエアギャップにできたイオン化パスは、初期のアークを確立するのを助け、アークのさらなる成長を促進するので、エアギャップの長さは、静止した状態からプラズマアークが横断できるエアギャップよりもはるかに長くすることができる。スプリング５２がそのニュートラル位置に到達すると、電極５４は、実動エアギャップが設定された所定の位置に到達する。次いで、燃料が燃料インジェクタ２８からプラズマアークに噴射されて、トーチ点火プロセスが始まる。トーチ点火が起こると、エンジンのすべての燃料インジェクタ２８が図１の環状燃焼器２６に燃料を連続して噴射することを条件として、安定した燃焼プロセスがキャビティ３６内の燃焼領域７２で開始され、維持される。
【００２６】
エンジン点火手順は、エンジン始動プロセスの一部である。図３および図４に示すエンジン点火手順の第１の段階および第２の段階の前とそれら段階中に、図１のエンジン用高圧コンプレッサ２２は、スタータ（図示せず）によって回転される。したがって、圧力空気が発生して、流体流路６６，６８を通って各円筒形チャンバ６０，６２に案内され、各電極４０および電極５４を冷却する。図３に示す第１の段階では、圧力空気は流体流路６８から円筒形チャンバ６２に入り、ピストン４６に圧力作用を若干及ぼして流体流路７０から出る。図４に示す点火手順の第２の段階では、ピストン４６は円筒形チャンバ６２の中央部に移動し、これによって、流体流路６８から円筒形チャンバ６２を通って流体流路７０に向かう冷却空気の経路を遮断する。このため、流体流路６８を通って円筒形チャンバ６２の左側に入った圧力空気は、ピストン４６の両側にかかる圧力差を増大させる。それでもなお、この段階で、図１の高圧コンプレッサ２２は、エンジンスタータによって限定された速度で駆動され、高圧空気を発生させることができない。したがって、ピストン４６の両側にかかる空気圧力差は、スプリング５２の弾性力に逆らってピストン４６を外方に大きく移動させるほど十分ではない。
【００２７】
トーチ点火が起こり、燃焼プロセスが開始されると、電極４０および電極５４に印加された電圧は取り去られ、さらに、各電極４０，５４の端部４２と端部５６との間にプラズマアークは全く存在しなくなる。図５に示す点火手順の第３の段階では、図１のエンジンにある環状燃焼器２６内の燃焼は安定しており、エンジンは特定の出力レベルに達し、そのため、図１の高圧コンプレッサ２２は、所定の圧力レベルでコンプレッサ空気を発生させることができる。この段階で、ピストン４６の両側の大きくなった空気圧力差は、スプリング５２の弾性力に打ち勝つほど十分になり、これによって、ピストン４６を図５に示す第３の位置に移動させる。この位置では、ピストン４６は円筒形チャンバ６２のストップショルダ（図示せず）と接し、電極５４の端部５６はキャビティ３６内に突出しておらず、そのため、キャビティ３６内の高温燃焼領域７２から保護されている。このように、電極４０および電極５４はともに、燃料および燃焼ガスに直接触れないようにされ、これにより、電極の寿命が延びる。ピストン４６の両側にかかる空気圧力差が小さくなり、伸長したスプリング５２が、電極５４、ピストン４６、およびピストンロッド５０からなる組み合わせ体を図４に示す第２の位置であるニュートラル位置に戻すまで、電極５４は後退したままである。
【００２８】
電極の劣化によるプラズマアークプロセス障害のために、接地回路内に電流が存在しないことを検出する手段（図示せず）を、連続プラズマ点火システム３２’の電気回路に有することが好ましい。このような状況が検出された場合、警告信号が生成され、エンジン表示パネルに送られる。
【００２９】
本発明は、ガスタービンエンジン用の連続プラズマ点火システムの標準的方式に向けた装置を有利に提供し、この装置は、プラズマアークを高い信頼性で引き起こすために、電気絶縁性が低いことを必要とし、従来の静止した電極による従来から利用できるプラズマアークよりも高出力のプラズマアークをもたらす。本発明によれば、アークギャップを可変としたプラズマ点火システムは、過酷な運転条件下で作動することができる。例えば、エアギャップが液体燃料または水で溢れたときであっても、電極間の抵抗を低減するために溢れたギャップを最小限に調整することができるので、適切な放電破壊電圧でプラズマアークを引き起こすことができる。さらに有利なことに、本発明は、プラズマ点火システムの電極寿命をより長くする。
【００３０】
プロセスを開始するために、電極を移動させて互いに接近させることにより、最小限のエアギャップが抵抗の最も低いパスになり、背景技術で説明したように、従来のプラズマ点火器ではプラズマアークの起動不良を引き起こす条件下であっても、初期アークがそこで発生する。初期プラズマアークが始まると、電極は互いに離れる方向に移動し、最初のイオン化パスが依然として好ましい電気経路であるために、プラズマアークが追従することに留意されたい。
【００３１】
なお、前述の実施形態は、ガスタービンエンジンの点火システムの一部分に過ぎず、特に、これらのシステムの電極間でのプラズマアーク起動不良に関連した問題に対処する。したがって、本発明は、任意の連続プラズマ点火システムに適用可能であり、前記の実施形態に限定されるものではない。また、本発明は、本発明の用途例を説明するために一例として挙げたタービンエンジンに限定されるものではなく、任意のタイプのガスタービンエンジンにも適用できる。開示した、１つまたは複数の電極を移動させる特定の駆動および付勢システムは、当業者に明らかになる多数の実現可能なものにすぎず、したがって、単に例示することを目的としており、また駆動および付勢手段はどちらとも分離される必要はない。同様に、開示した冷却システムは、この説明を踏まえて、現時点での当技術分野における通常の技術範囲内で実現できる多数のものの１つにすぎない。３つの異なる段階として説明したが、各段階はオーバラップする、すなわちある程度同時に起こることがあることを理解されたい。例えば、第２の段階および第３の段階（図４および図５）は、どちらかといえば第２の段階が第３の段階の要素となるように、単一のステップに統合することができる。説明した実施形態は、固定電極と可動電極を有するが、必要に応じて、両方を移動させてもよい。
【００３２】
開示した原理から逸脱することのない、本発明の前述の実施形態に対するさらに別の変更形態が当業者であれば明らかであろう。例えば、前述の実施形態におけるソレノイドおよびスプリングは、リニア電気モータ、リニア油圧モータ、またはギアおよびラック付モータなどの任意のタイプのリニアアクチュエータによって置き換えることができる。したがって、前述の説明は、限定することではなく例示することを目的としている。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の用途を示す一例としてのターボファンガスタービンエンジンの概略の断面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による、アークギャップを可変としたプラズマ点火器要素の概略の断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、プラズマアーク点火の第１段階にあるプラズマ点火器要素の概略の断面図である。
【図４】図３に示した本発明の実施形態による、トーチ点火プロセスを開始する第２の段階にあるプラズマ点火要素を示す概略の断面図である。
【図５】図３に示した本発明の実施形態による、移動電極を燃焼領域から後退させる第３の段階にあるプラズマ点火要素を示す概略の断面図である。
【図１】
2008530411.tif 000003
【図２】
2008530411.tif 000004
【図３】
2008530411.tif 000005
【図４】
2008530411.tif 000006
【図５】
2008530411.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【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】
２つの対向する端部を備えるキャビティと、
前記２つの対向する端部の一方が点火された燃料流を受け、他方が開口し、かつ燃焼器と流体連通し、さらに、前記キャビティは、２つの対向する側部を有しており、
前記キャビティの前記２つの対向する側部の各々に配置されており、該キャビティ内で、相互間にギャップを画定し、電圧が印加されたときに該ギャップを貫通して延びるプラズマアークを発生させるように構成される第１の電極および第２の電極と、
アーク放電中に、第１の位置から、該第１の位置と比較して前記ギャップの大きさを増大させる第２の位置に、前記第２の電極を前記第１の電極に対して移動させる手段と、
を有するガスタービンエンジン用のアークギャップ可変のプラズマ点火器要素。
【請求項２】
前記第２の電極を移動させる前記手段は、ソレノイドアクチュエータを有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項３】
前記第１の電極を含む点火栓を有し、該点火栓は静止した支持構造体に取付けられることを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項４】
前記第２の電極の前記第１の位置は、前記プラズマアークを引き起こすために前記第１の電極に近接して画定されることを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項５】
前記第２の電極を前記第１の電極に対して前記第２の位置から、トーチ点火プロセスが完了したときに該第２の電極が燃焼領域に実質的に露出することがないようにする第３の位置に移動させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項６】
前記第２の電極を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる前記手段と、該第２の電極を前記第２の位置から前記第３の位置に移動させる前記手段とが一体化されることを特徴とする請求項５に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項７】
前記第２の電極の移動を制御して、移動中に、前記プラズマアークが追従して伸長するのを可能にする制御ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項８】
前記電極を冷却する空気冷却回路を有することを特徴とする請求項１に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項９】
前記空気冷却回路は冷却チャンバを有し、前記第２の電極は該冷却チャンバを移動可能に貫通して延びることを特徴とする請求項８に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項１０】
前記第２の電極に取付けられ、前記冷却チャンバ内を一緒に移動できるピストンを有し、前記冷却チャンバは入口および出口を有し、該入口および該出口は、前記第２の電極が前記第１の位置にあるときに、前記ピストンが、前記入口から前記冷却チャンバを通って前記出口に空気が流れるのを可能にし、前記第２の電極が前記第２の位置にあるときに、前記ピストンが、前記入口から前記出口に空気が流れるのを防止するように配置されることを特徴とする請求項９に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項１１】
前記冷却チャンバは、前記ピストンが前記第２の電極とともに、該第２の電極の端部が燃焼領域に実質的に露出されなくなるまで、前記第２の位置からさらに遠ざかるのを可能にする長さを有することを特徴とする請求項１０に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項１２】
２つの対向する端部を備えるキャビティと、
前記２つの対向する端部の一方が点火された燃料流を受け、他方が開口し、かつ燃焼器と流体連通し、さらに、前記キャビティは、２つの対向する側部を有しており、
前記キャビティの前記２つの対向する側部の一方に配置され、かつ該キャビティに露出した端部を有する第１の電極と、
前記キャビティの前記２つの対向する側部の他方に配置され、かつ前記第１の電極に対して移動可能でかつそこから離間して、該第１の電極の前記端部とその端部との間に大きさが可変のギャップを画定する第２の電極と、
アーク放電中に、少なくとも前記第２の電極を移動させ、これによって、アークの大きさを変えるように構成された装置と、
を有するガスタービンエンジン用のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項１３】
前記第２の電極を移動させる前記装置は、ソレノイドアクチュエータを有することを特徴とする請求項１２に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項１４】
前記ソレノイドアクチュエータは、前記第２の電極に移動力を加えて、前記ソレノイドが作動を止められたときに前記第２の電極を第１の位置から第２の位置に移動させるスプリングを有することを特徴とする請求項１３に記載のアークギャップ可変のプラズマ点火器。
【請求項１５】
ガスタービンエンジンに点火する方法であって、
プラズマ点火器要素の第１の電極および第２の電極を、これらの間に小アークギャップを画定するように近接した関係で配置するステップと、
前記アークギャップを横断するプラズマアークを引き起こすために前記電極間に電圧を印加するステップと、
前記アークギャップを増大させるステップと、
燃料に点火するために前記プラズマアークに向い通過する方向に燃料流を噴射し、これにより、前記第１の電極と前記第２の電極の下流に初期炎を生成するステップと、
を備える方法。
【請求項１６】
前記噴射ステップは、前記増大ステップの後に行われることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記電極間のプラズマアーク不良のために、該電極の一方に連結された接地回路に電流が流れていないことを検出するステップと、警告信号を生成するステップとを有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
電極５４が第２の位置にあり、高い電気エネルギレベルを保有するより長いプラズマアークが確立されると、燃料インジェクタ２８は、燃料をキャビティ３６に噴射する。噴射した燃料は、各電極４０，５４の端部４２と端部５６との間に延びるプラズマアークによって点火され、それによって、トーチ点火プロセスを開始する。トーチ点火プロセスが開始されると、図１のすべての燃料インジェクタ２８は、燃焼プロセスを開始して維持するために、環状燃焼器２６に燃料を連続して噴射する。燃焼プロセス中に、周囲空気の温度および圧力が特定のレベルまで上昇すると、ピストン４６は、高温空気の圧力によって、スプリング５２の弾性力に逆らってさらに右方向に移動され、これによって、キャビティ３６内の燃焼領域から電極５４を遠ざける。エンジンが運転を停止し、キャビティ３６内の高温空気圧力がもはや存在しなくなると、その弾性力を蓄えたスプリング５２は、圧縮された状態から動いてニュートラル位置に復帰し、これによって、電極５４、ピストン４６、およびピストンロッド５０からなる組み合わせ体を移動させて第２の位置に戻す。
【国際調査報告】
2008530411.tif 000008
2008530411.tif 000009