FR2966885A1

FR2966885A1 - SYSTEM AND METHOD FOR IGNITION OF A COMBUSTION DEVICE

Info

Publication number: FR2966885A1
Application number: FR1159745A
Authority: FR
Inventors: Anthony Wayne Krull; Gilbert Otto Kraemer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-05-04
Also published as: CN102455000A; JP2012097747A; DE102011054878A1; US20120107750A1

Abstract

Système d'allumage (10) pour dispositif de combustion (12), comprenant un orifice d'accès (24) à travers une paroi (32) du dispositif de combustion (12) et un laser (26) à l'extérieur du dispositif de combustion (12) et aligné avec l'orifice d'accès (24) pour produire un faisceau (28) sur un trajet. Une lentille (38) sur le trajet du faisceau (28) concentre le faisceau (28) en un foyer (30) à l'intérieur du dispositif de combustion (12), et un obturateur (40) a une première position sur le trajet et une seconde position à l'écart du trajet. Un procédé pour allumer un dispositif de combustion (12) comprend la production d'un faisceau (28) sur un trajet, la concentration du faisceau (28) en un foyer (30) à l'intérieur du dispositif de combustion (12) et le passage d'un obturateur (40) d'une première position sur le trajet à une seconde position à l'écart du trajet.Ignition system (10) for a combustion device (12), comprising an access port (24) through a wall (32) of the combustion device (12) and a laser (26) outside the device (12) and aligned with the access port (24) to produce a beam (28) on a path. A lens (38) in the path of the beam (28) concentrates the beam (28) into a focus (30) within the combustion device (12), and a shutter (40) has a first position on the path and a second position away from the path. A method for igniting a combustor (12) includes producing a beam (28) on a path, concentrating the beam (28) at a focus (30) within the combustor (12), and passing a shutter (40) from a first position in the path to a second position away from the path.

Description

B11-4550FR 1 Système et procédé pour l'allumage d'un dispositif de combustion La présente invention porte globalement sur un système et un procédé pour l'allumage d'un dispositif de combustion. Dans des formes de réalisation particulières, le système et le procédé peuvent employer un laser pour créer un faisceau servant à enflammer un combustible dans le dispositif de combustion. On connaît dans la technique antérieure des dispositifs de combustion servant à enflammer un mélange de combustible et d'air afin de produire des gaz de combustion à température et pression élevées. Par exemple, des systèmes de turbines à gaz, des moteurs d'aéronefs et de nombreux autres systèmes reposant sur une combustion comprennent un ou plusieurs dispositifs de combustion qui mélangent un fluide de travail tel que de l'air avec un combustible et enflamment le mélange pour produire des gaz de combustion à température et pression élevées. Globalement, chaque dispositif de combustion comprend un allumeur pour amorcer la combustion qui, ensuite, s'auto-entretient. De plus, l'allumeur peut servir à réamorcer la combustion si nécessaire. Par exemple, des systèmes de turbines à gaz ayant de multiples dispositifs de combustion peuvent occasionnellement connaître une interruption de combustion dans un seul dispositif de combustion qui, s'il n'est pas rapidement rallumé, risque de provoquer un arrêt inattendu ou imprévu du système de turbine à gaz. De même, les moteurs d'aéronefs fonctionnent occasionnellement dans des conditions dont on sait qu'elles créent des instabilités dans la combustion qui, normalement, s'auto-entretient, et peuvent par conséquent utiliser un allumeur apte à réamorcer d'une manière rapide et fiable la combustion lorsque cela s'impose. Dans la technique, on connaît divers systèmes pour allumer des dispositifs de combustion. Par exemple, les allumeurs selon la technique antérieure comprennent souvent une bougie d'allumage qui produit une étincelle à l'intérieur du dispositif de combustion afin d'enflammer le mélange de combustible et d'air. Pour agir efficacement, l'étincelle produite par la bougie d'allumage doit être suffisamment proche du combustible pour enflammer le combustible. Cela nécessite généralement soit une insertion de la bougie d'allumage dans la chambre de combustion afin d'atteindre le jet de combustible, soit un élargissement du jet de combustible pour atteindre la bougie d'allumage. Le fait d'insérer la bougie d'allumage dans le dispositif de combustion risque de gêner la circulation du combustible, de l'air et des gaz de combustion dans le dispositif de combustion, et l'élargissement du jet de combustible pour atteindre la bougie d'allumage risque de réduire l'efficacité du dispositif de combustion une fois que la combustion est amorcée et auto-entretenue. Faire s'avancer la bougie d'allumage dans le dispositif de combustion pour amorcer la combustion et faire reculer la bougie d'allumage une fois la combustion amorcée est une solution utile. Cependant, la bougie d'allumage risque de devenir inopérante dans le cas où le mécanisme pour faire avancer et reculer la bougie d'allumage fonctionnerait mal. Des tentatives plus récentes ont été faites pour inclure un laser comme source d'allumage. Le laser peut être situé à l'extérieur du dispositif de combustion et produire encore un faisceau laser dont le foyer se trouve sur le passage d'un jet de combustible plus étroit à l'intérieur du dispositif de combustion. Une fenêtre ou une lentille entre le laser et le foyer constitue un obturateur entre les gaz de combustion et le laser pour protéger la lentille de focalisation. Cependant, des débris de corps étrangers, de l'huile, du combustible, des gaz de combustion et autres salissures ont tendance, avec le temps, à encrasser la fenêtre ou la lentille. A mesure que la fenêtre ou la lentille s'encrasse, la fenêtre ou la lentille risque de provoquer une réfraction ou une distorsion du faisceau laser. La réfraction ou la distorsion du faisceau laser peut déplacer le foyer du faisceau laser de telle façon que le foyer du faisceau laser ne coïncide plus avec l'étroit jet de combustible, ce qui rend l'allumeur inopérant. De plus, le nouveau foyer du faisceau laser peut provoquer un endommagement du dispositif de combustion et/ou du laser. L'encrassement de la surface de la lentille par des corps étrangers peut produire un échauffement rapide de la surface de la lentille par suite de l'absorption de l'énergie du laser par les matières encrassantes. Un changement rapide de la température à la surface de la lentille peut provoquer une dégradation permanente ou une rupture de la lentille. De la sorte, un système et un procédé perfectionnés pour allumer un dispositif de combustion seraient utiles. Une première forme de réalisation de la présente invention consiste en un système d'allumage pour un dispositif de combustion. Le système comprend un orifice d'accès à travers une paroi du dispositif de combustion et un laser à l'extérieur du dispositif de combustion et aligné avec l'orifice d'accès pour produire un faisceau sur un trajet. Une lentille sur le trajet du faisceau concentre le faisceau en un foyer à l'intérieur du dispositif de combustion, et un obturateur a une première position sur le trajet et une seconde position hors du trajet. B11-4550 1 System and method for igniting a combustor The present invention generally relates to a system and method for igniting a combustor. In particular embodiments, the system and method may employ a laser to create a beam for igniting fuel in the combustor. In the prior art, combustion devices are known for igniting a mixture of fuel and air to produce combustion gases at high temperature and pressure. For example, gas turbine systems, aircraft engines, and many other combustion-based systems include one or more combustion devices that mix a working fluid such as air with fuel and ignite the mixture. to produce combustion gases at high temperature and pressure. Overall, each combustion device includes an igniter to ignite the combustion, which then self-maintains. In addition, the igniter can be used to reboot the combustion if necessary. For example, gas turbine systems with multiple combustion devices may occasionally experience a combustion break in a single combustion device which, if not quickly re-ignited, may cause an unexpected or unexpected shutdown of the system. gas turbine. Similarly, aircraft engines occasionally operate under conditions known to create instabilities in the combustion which normally self-sustain, and therefore can utilize an igniter able to reboot in a fast manner. and reliable combustion when necessary. In the art, various systems are known for igniting combustion devices. For example, prior art igniters often include a spark plug which produces a spark inside the combustor to ignite the fuel and air mixture. To act effectively, the spark produced by the spark plug must be close enough to the fuel to ignite the fuel. This usually requires either an insertion of the spark plug into the combustion chamber to reach the fuel jet, or an enlargement of the fuel jet to reach the spark plug. Inserting the spark plug into the combustor may impede the flow of fuel, air, and flue gases into the combustor, and the expansion of the fuel jet to reach the spark plug This may reduce the efficiency of the combustion device once the combustion is initiated and self-sustaining. Advancing the spark plug into the combustor to start the combustion and backing up the spark plug once primed combustion is a useful solution. However, the spark plug may become inoperative in the event that the mechanism to advance and back the spark plug would work poorly. More recent attempts have been made to include a laser as a source of ignition. The laser may be located outside of the combustor and still produce a laser beam whose focus is on the passage of a narrower fuel jet within the combustor. A window or lens between the laser and the focus forms a shutter between the combustion gases and the laser to protect the focusing lens. However, debris from foreign bodies, oil, fuel, flue gases, and other soils tend to over time foul the window or lens. As the window or lens becomes dirty, the window or lens may cause refraction or distortion of the laser beam. The refraction or distortion of the laser beam can shift the focus of the laser beam so that the focus of the laser beam no longer coincides with the narrow fuel jet, rendering the igniter ineffective. In addition, the new focus of the laser beam can cause damage to the combustor and / or the laser. Fouling of the lens surface with foreign matter can cause rapid heating of the lens surface as a result of the absorption of laser energy by the fouling material. A rapid change in the temperature on the surface of the lens can cause permanent degradation or lens breakage. In this way, an improved system and method for igniting a combustor would be useful. A first embodiment of the present invention consists of an ignition system for a combustion device. The system includes an access port through a wall of the combustor and a laser outside the combustor and aligned with the access port to produce a beam on a path. A lens in the beam path concentrates the beam into a focus within the combustor, and a shutter has a first position on the path and a second position out of the path.

Une autre forme de réalisation de la présente invention consiste en un système d'allumage pour un dispositif de combustion. Le système comprend un orifice d'accès à travers une paroi du dispositif de combustion et un laser à l'extérieur du dispositif de combustion et aligné avec l'orifice d'accès pour produire un faisceau sur un trajet. Un faisceau de fibres optiques sur le trajet concentre le faisceau laser en un foyer à l'intérieur du dispositif de combustion. La présente invention peut également comprendre un procédé pour allumer un dispositif de combustion. Le procédé comprend la production d'un faisceau sur un trajet, la concentration du faisceau en un foyer à l'intérieur du dispositif de combustion et le déplacement d'un obturateur d'une première position sur le trajet à une seconde position hors du trajet. Another embodiment of the present invention consists of an ignition system for a combustion device. The system includes an access port through a wall of the combustor and a laser outside the combustor and aligned with the access port to produce a beam on a path. An optical fiber bundle on the path concentrates the laser beam into a focus within the combustor. The present invention may also include a method for igniting a combustor. The method includes producing a beam on a path, concentrating the beam into a focus within the combustor and moving a shutter from a first position on the path to a second position off the path .

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma simplifié d'un système pour allumer un dispositif de combustion selon une première forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est un schéma simplifié d'une partie d'un système pour allumer un dispositif de combustion selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 est un schéma simplifié du système représenté sur la figure 2, l'obturateur étant ouvert ; - la figure 4 est un schéma simplifié d'une partie d'un système pour allumer un dispositif de combustion selon une troisième forme de réalisation de la présente invention ; et - la figure 5 est un schéma simplifié du système représenté sur la figure 4, l'obturateur étant ouvert. The invention will be better understood on studying the detailed description of some embodiments taken by way of nonlimiting examples and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a simplified diagram of a system for lighting a combustion device according to a first embodiment of the present invention; Figure 2 is a schematic diagram of a portion of a system for igniting a combustion device according to a second embodiment of the present invention; FIG. 3 is a simplified diagram of the system shown in FIG. 2, the shutter being open; Figure 4 is a schematic diagram of a portion of a system for igniting a combustion device according to a third embodiment of the present invention; and Figure 5 is a schematic diagram of the system shown in Figure 4 with the shutter open.

La présente invention propose un système et un procédé pour allumer un dispositif de combustion en utilisant un laser comme source d'allumage. Le système et le procédé comprennent de multiples éléments qui améliorent l'aptitude du laser à constituer de façon efficace et fiable une source d'allumage pour le dispositif de combustion. Le système et le procédé peuvent être utilisés avec tout dispositif de combustion, dont des dispositifs de combustion installés dans des turbines à gaz, des moteurs d'aéronefs et des moteurs alternatifs. The present invention provides a system and method for igniting a combustion device using a laser as an ignition source. The system and method includes multiple elements that enhance the ability of the laser to efficiently and reliably provide a source of ignition for the combustor. The system and method can be used with any combustion device, including combustion devices installed in gas turbines, aircraft engines and reciprocating engines.

La figure 1 représente un schéma simplifié d'un système 10 pour allumer un dispositif de combustion 12 selon une première forme de réalisation de la présente invention. Le dispositif de combustion 12 comprend globalement une chambre de combustion 14 avec un ou plusieurs injecteurs 16 qui envoient un combustible 18 dans la chambre de combustion 14. Le combustible 18 se mélange à de l'air ou à un autre fluide de travail 20 dans la chambre de combustion 14, et le mélange s'enflamme pour produire des gaz de combustion 22 à température et pression élevées. Le système 10 comprend globalement un orifice d'accès 24 et un laser 26. Le laser est situé à l'extérieur du dispositif de combustion 12 et est aligné avec l'orifice d'accès 24 pour produire un faisceau 28 sur un trajet. Le faisceau 28 a, à l'intérieur du dispositif de combustion 12, un foyer 30 qui coïncide globalement avec le jet de combustible 18 issu des injecteurs 16. L'orifice d'accès 24 peut être constitué par toute ouverture appropriée permettant le passage de lumière à travers une paroi 32 du dispositif de combustion 12. Par exemple, comme représenté sur la figure 1, l'orifice d'accès 24 peut être situé dans une paroi latérale 26 du dispositif de combustion 12 de façon que le trajet du faisceau 28 produit par le laser 26 croise la direction ou soit sensiblement perpendiculaire au flux de fluide dans le dispositif de combustion 12. A cet endroit, l'orifice d'accès 24 peut occuper une ouverture existante, devenue inutile, dans la paroi latérale 26 du dispositif de combustion 12. Par exemple, le système 10 peut être installé de façon que l'orifice d'accès 24 occupe l'ouverture préalablement utilisée par des tubes d'interconnexion qui ne sont plus nécessaires pour l'allumage dans les dispositifs de combustion des turbines à gaz. Selon une autre possibilité, l'orifice d'accès 24 peut être situé dans la même paroi 26 que l'injecteur 16 de façon que le trajet du faisceau 28 produit par le laser 26 soit dans la même direction que et/ou sensiblement parallèle au flux de fluide dans le dispositif de combustion 12. A cet endroit, on estime qu'une plus grande variation de l'emplacement précis du foyer 30 peut être acceptable et continuer à avoir pour effet que le foyer 30 coïncide globalement avec le jet de combustible 18 issu de l'injecteur 16. Le laser 26 peut être constitué par tout laser approprié connu dans la technique pour produire un faisceau d'énergie de haute intensité, concentré, apte à enflammer le combustible 18 dans le dispositif de combustion 12. Le laser 26 comprend globalement une source 34 d'électricité, un tube optique 36, une lentille 38 et un obturateur 40. Un ou plusieurs de ces organes peut être protégé par ou enfermé dans un boîtier 42 très proche de l'orifice d'accès 24. L'obturateur 40 peut être conçu pour isoler le boîtier 42 par rapport au dispositif de combustion 12 afin que le boîtier 42 n'ait pas à supporter les températures et pressions prévues à l'intérieur de la chambre de combustion 14. Selon une autre possibilité, l'obturateur 40 peut être mobile et le boîtier 42 peut être conçu pour supporter de façon continue ou intermittente les températures et pressions prévues à l'intérieur de la chambre de combustion 14. Figure 1 is a schematic diagram of a system 10 for igniting a combustor 12 according to a first embodiment of the present invention. The combustion device 12 generally comprises a combustion chamber 14 with one or more injectors 16 which send a fuel 18 into the combustion chamber 14. The fuel 18 mixes with air or another working fluid 20 in the combustion chamber. combustion chamber 14, and the mixture ignites to produce combustion gases 22 at high temperature and pressure. The system 10 generally includes an access port 24 and a laser 26. The laser is located outside of the combustor 12 and is aligned with the access port 24 to produce a beam 28 on a path. The beam 28 has, inside the combustion device 12, a focal point 30 which coincides globally with the fuel jet 18 coming from the injectors 16. The access orifice 24 can be constituted by any appropriate opening allowing the passage of By way of example, as shown in FIG. 1, the access orifice 24 may be located in a side wall 26 of the combustion device 12 so that the path of the beam 28 produced by the laser 26 crosses the direction or is substantially perpendicular to the flow of fluid in the combustion device 12. At this point, the access orifice 24 can occupy an existing opening, no longer needed, in the side wall 26 of the device For example, the system 10 may be installed so that the access port 24 occupies the opening previously used by interconnect tubes that are no longer needed for the ignition. age in the combustion devices of gas turbines. According to another possibility, the access orifice 24 can be located in the same wall 26 as the injector 16 so that the path of the beam 28 produced by the laser 26 is in the same direction as and / or substantially parallel to the fluid flow in the combustion device 12. At this point, it is considered that a greater variation in the precise location of the hearth 30 may be acceptable and continue to have the effect that the hearth 30 coincides globally with the fuel jet 18 The laser 26 may be any suitable laser known in the art to produce a concentrated, high intensity energy beam capable of igniting the fuel 18 in the combustor 12. The laser 26 generally comprises a source 34 of electricity, an optical tube 36, a lens 38 and a shutter 40. One or more of these members may be protected by or enclosed in a housing 42 very close to the access port. 24. The shutter 40 may be designed to isolate the housing 42 from the combustion device 12 so that the housing 42 does not have to withstand the temperatures and pressures provided within the combustion chamber 14. According to Alternatively, the shutter 40 may be movable and the housing 42 may be adapted to continuously or intermittently support the temperatures and pressures provided within the combustion chamber 14.

La source 34 d'électricité fournit suffisamment d'énergie au laser 26 pour produire le faisceau 28. Par exemple, la source 2.4 d'électricité peut fournir suffisamment d'électricité pour permettre au laser 26 de produire un faisceau concentré 28 de l'ordre d'environ 1 GW/cm3, bien que les dimensions et la. capacité de la source 34 d'électricité ne constituent pas une limite de la présente invention. Le tube optique 36 relie le laser 26 à l'orifice d'accés 24 et constitue un trajet optique pour 1.e faisceau 28 à l'extérieur du dispositif de combustion 12..De la sorte, le laser 28 et/ou la source 34 d'électricité peut/peuvent être situés tout près ou à distance du dispositif de combustion 12, par exemple pour faciliter l'entretien et le remplacement du laser 28 et de la source 34 d'électricité.. Les figures 2, 3, 4 et 5 sont des schémas simplifiés du système selon d'autres formes possibles de réalisation de la présente invention. Comme représenté, la lentille 38 est globalement située sur le trajet du faisceau 28 pour concentrer le faisceau 28 au foyer 30 à l'intérieur du dispositif de combustion 12. Le lentille 38 peut comporter un. ou plusieurs disques sphériques servant à. concentrer le faisceau 28 au foyer 30. à l'intérieur du dispositif de combustion 12, comme représenté sur les figures 2 et 3. :Selon une autre possibilité, la lentille 38 peut comporter un faisceau de fibres optiques 44 constitué par des fibres individuelles. Chaque fibre a globalement une forine telle que,. collectivement, le faisceau.. de fibres optiques 44 concentre le faisceau 28 au foyer 30 à. l'intérieur du dispositif de eombustion 12, comme représenté sur les figures 4 et 5. Le nombre de fibres ineluses dans le faisceau de fibres. 4.4 peut être choisi pour améliorer la fiabilité du laser 26. En particulier, le nombre de fibres individuelles peut être choisi de façon que le laser 26 continue à fonctionner correctement dans le cas où des fibres individuelles appartenant au faisceau de fibres optiques 44 sont endommagées ou couvertes de salissures. L'obturateur 40 protège la lentille. 38 et/ou d'autres organes à l'intérieur du boîtier contre les salissures présentes à l'intérieur de la ehambre de combustion 14. Pour protéger la lentille 38 et/ou les autres organes à l'intérieur du boîtier 42, l'obturateur 40 peut être généralement disposé n'importe oû entre la lentille 38 et le foyer 3-0, par exemple sur, le long ou au voisinage immédiat du trajet du faisceau 28 et/ou toüt prés ou à l'intérieur de l'orifice d'accès 24, encore que l'emplacement spécifique de l'obturateur 40 ne soit pas une limitation de la présente invention, sauf indication spécifique dans lies revendications. S'il est situé tout près ou à l'intérieur de l'orifice d'accès 24, un. joint d'étanchéité 46, un frottoir 48, une garniture ou autre moyen d'isolation peut être monté sur eu au contact de l'obturateur 40 pour arrêter la température et/ou la pression entre la chambre de combustion. 14 et l'intérieur du boîtier 42. Dans diverses formes de réalisation, l'obturateur 40 peut être sensiblement transparent ou sensiblement opaque pour le faisceau 28 et peut comporter des revêtements sur une seule ou sur les deux faces de l'obturateur 40 afin d'empêcher partiellement ou totalement des salissures provenant de la chambre de combustion 14 d'adhérer à l'obturateur 40. Au sens de la présente description, l'expression "sensiblement transparent pour le faisceau 28" signifie qu'au moins une partie du faisceau 28 traverse l'obturateur 40 sans forte réfraction ni fort blocage. Un obturateur sensiblement transparent 40 peut être constitué, par exemple, par du quartz, du saphir, du verre transparent, du verre trempé d'une résine acrylique et autres matières transparentes adéquates connues d'un spécialiste ordinaire de la technique. Si l'obturateur 40 est sensiblement transparent pour le faisceau 28, il peut rester sur le trajet du faisceau 28 pendant le fonctionnement du laser 26, en permettant à au moins une partie du faisceau 28 de passer sensiblement sans être modifiée à travers l'obturateur 40. On estime que le faisceau 28 peut être suffisamment concentré lorsqu'il passe à travers l'obturateur 40 pour ne pas être gêné par les petites quantités de salissures qui adhèrent à l'obturateur 40. On s'attend en outre à ce que des salissures adhérant en plus grandes quantités à l'obturateur 40 absorbent suffisamment d'énergie du faisceau 28 pour qu'un trou soit percé par fusion à travers l'obturateur 40 en permettant ainsi au laser 26 de continuer à fonctionner jusqu'à ce que l'obturateur 40 puisse être réparé ou remplacé. Au sens de la présente description, l'expression "sensiblement opaque pour le faisceau 28" signifie que l'obturateur 40 bloque ou réfracte sensiblement la totalité du faisceau 28, en empêchant au moins une majeure partie du faisceau 28 de passer à travers l'obturateur 40. Un obturateur 40 sensiblement opaque peut, par exemple, être constitué par du verre opaque, du verre trempé opaque, une résine acrylique opaque, de la poudre d'oxyde de magnésium comprimée ou autres matières opaques connues d'un spécialiste ordinaire de la technique. Indépendamment du fait que l'obturateur 40 soit sensiblement transparent ou sensiblement opaque pour le faisceau laser 28, l'obturateur 40 peut avoir une première position ou position fermée sur le trajet du faisceau 28 et une seconde position ou position ouverte à l'écart du trajet du faisceau 28. Dans la première position, l'obturateur 40 est globalement entre la chambre de combustion 14 et la lentille 38 afin d'améliorer la protection de la lentille 38 et/ou d'autres organes à l'intérieur du boîtier 42, comme représenté sur les figures 2 et 4. On peut faire fonctionner le laser 26 avec l'obturateur 40 dans la première position, par exemple, 10 lorsque l'obturateur 40 est sensiblement transparent pour le faisceau 28. Dans la seconde position, l'obturateur 40 est à l'écart du trajet du faisceau 2$ poûr permettre au faisceau 28 de passer librement par l'orifice d.'aecès 24 pour entrer dans le chambre de combustion 5 14, comme représenté sur les figures 3 et 5. On peut faire fonctionner le laser 26 avec l'obturateur 40 dans la seconde position, par exemple,. lorsque l'obturateur 40 est sensiblement transparent pour le faisceau 28 et partiellement ou entièrement couvert de salissures provenant de la chambre. 4e combustion. 14 ou 10 lorsque l'obturateur 40 est sensiblement opaque pour le faiseeau 28. Le mouvement de l'obturateur 40 entre les première et. seconde positions peut. permettre au frottoir 48, s'il est présent, de frotter sur une surface ou les deux surfaees de l'obturateur 40 afin de supprimer partiellement ou entièrement les salissures sur 15 l'obturateur 40. Comme représenté sur les figures 1 à. le système.. peut comprendre en outre un moyen pour actionner l'obturateur 40 entre la première position et la seconde position. Par exemple, comme représenté sur la figure 1, le moyen peut être constitué par un 20 élément télescopique 50 relié. à l'obturateur 40. Un. fluide 52 peut être alternativement fourni à. l'élément télescopique ou évacué de ce dernier pour amener l'élément télescopique 50 respectivement à se déployer ou à rentrer, ce qui déplace donc l'obturateur 40 entre la. première position et 'la seeonde position. Selon une :autre 25 possibilité, comme représenté sur les figures 2 et 3, le moyen peut être constitué par un levier 54 passant par un pivot 56 et relié. à l'obturateur 4.0, Un. Vérin hydraulique, pneumatique ou mécanique (non représenté) peut être conçu pour agir sur le levier 54 afin de changer la position de levier 54, en déplaçant ainsi l'obturateur 40 30 entre la première position et la seconde position,. Les figures 4 et 5 fournissent encore un autre exemple de structure adéquate pour le moyen permettant de déplacer l'obturateur 40 entre la première position et la seconde position. Comme représenté sur les figures 4 et 5, le moyen peut être constitué par un servomoteur 60 conçu pour faire tourner un axe 62 relié à l'obturateur 40. Ainsi, la rotation de l'axe 62 fait tourner l'obturateur 40 autour de l'axe 62 entre la première et la seconde positions. Dans d'autres formes de réalisation possibles, le moyen pour déplacer l'obturateur 40 entre la première position et la seconde position peut comporter un système vissé, un ensemble d'encliquetage et/ou quasiment n'importes quelles structures pneumatiques, hydrauliques et/ou mécaniques connues d'un spécialiste ordinaire de la technique pour déplacer un organe par rapport à un autre. Comme représenté en outre sur les figures 2 à 5, un élément de sollicitation 58 tel qu'un ressort, un poids, un piston ou un dispositif similaire peut être associé à l'obturateur 40 pour solliciter l'obturateur 40 vers l'une des première et seconde positions. Par exemple, l'élément de sollicitation 58 peut être fixé à l'obturateur 40 pour solliciter l'obturateur 40 vers la seconde position de façon que, dans le cas d'une défaillance du moyen servant à déplacer l'obturateur 40 entre la première position et la seconde position, l'élément de sollicitation 58 puisse faire automatiquement venir l'obturateur 40 dans la seconde position, ce qui permet au laser 26 de continuer à pouvoir fonctionner jusqu'à ce que le moyen pour déplacer l'obturateur 40 puisse être réparé ou remplacé. Comme représenté sur les figures 2 à 5, le système 10 peut comprendre en outre un moyen pour détecter un état de l'obturateur 40. L'état de l'obturateur 40 peut comprendre, par exemple, la position de l'obturateur 40 et/ou la quantité et/ou l'emplacement de salissures sur l'obturateur 40. Le moyen peut, par exemple, être constitué par un capteur de lumière ou un capteur de température tel qu'une cellule photoélectrique, une photorésistance, un détecteur de température ou une structure équivalente pour détecter la lumière ou la chaleur traversant l'obturateur 40 ou réfléchie depuis l'obturateur 40. Par exemple, comme représenté sur les figures, un capteur 60 peut être placé dans le boîtier 42 pour détecter la lumière ou la chaleur traversant l'obturateur 40 ou réfléchie par l'obturateur 40. La quantité de lumière ou de chaleur traversant l'obturateur 40 ou réfléchie depuis l'obturateur 40 peut servir à déterminer la position de l'obturateur 40 afin d'empêcher tout fonctionnement accidentel du laser 26 avec l'obturateur 40 fermé. Selon une autre possibilité, ou en plus, la quantité de lumière ou de chaleur traversant l'obturateur 40 ou réfléchie par l'obturateur 40 peut indiquer la présence, l'emplacement et/ou la quantité de salissures sur l'obturateur 40 afin de faciliter la planification de l'entretien ou des remises en état du laser 26. Les systèmes 10 décrits et illustrés sur les figures peuvent comprendre en outre un procédé pour allumer le dispositif de combustion 12 qui comprend la production du faisceau 28 sur un trajet et la concentration du faisceau 28 au foyer 30 à l'intérieur du dispositif de combustion 12. Le procédé peut comprendre en outre le passage de l'obturateur 40 de la première position sur le trajet à la seconde position à l'écart du trajet. Dans des formes de réalisation particulières, le procédé peut comprendre en outre la concentration du faisceau 28 dans le faisceau de fibres optiques 44, le passage de l'obturateur 40 de la seconde position à la première position et/ou la détection de l'état de l'obturateur 40. The power source 34 provides sufficient energy to the laser 26 to produce the beam 28. For example, the power source 2.4 can provide enough power to allow the laser 26 to produce a focused beam 28 of the order about 1 GW / cm3, although the dimensions and the. The capacity of the power source 34 does not constitute a limitation of the present invention. The optical tube 36 connects the laser 26 to the access port 24 and constitutes an optical path for the beam 28 outside the combustion device 12. In this way, the laser 28 and / or the source The electricity supply can be located close to or away from the combustion device 12, for example to facilitate maintenance and replacement of the laser 28 and the power source 34. FIGS. 2, 3, 4 and 5 are schematic diagrams of the system according to other possible embodiments of the present invention. As shown, the lens 38 is generally located in the path of the beam 28 to focus the beam 28 to the focus 30 within the combustion device 12. The lens 38 may comprise a. or several spherical discs serving. concentrating the beam 28 in the focus 30. inside the combustion device 12, as shown in Figures 2 and 3. According to another possibility, the lens 38 may comprise an optical fiber bundle 44 consisting of individual fibers. Each fiber generally has a forine such that. collectively, the optical fiber bundle 44 concentrates the bundle 28 to the hearth 30 to. the interior of the firing device 12, as shown in Figures 4 and 5. The number of fibers ineluses in the fiber bundle. 4.4 can be chosen to improve the reliability of the laser 26. In particular, the number of individual fibers can be chosen so that the laser 26 continues to function correctly in the case where individual fibers belonging to the optical fiber bundle 44 are damaged or covered with dirt. The shutter 40 protects the lens. 38 and / or other organs inside the housing against dirt present inside the combustion chamber 14. To protect the lens 38 and / or the other organs inside the housing 42, the shutter 40 may be generally disposed anywhere between the lens 38 and the focus 3-0, for example on, along or in the immediate vicinity of the path of the beam 28 and / or all near or within the orifice 24, although the specific location of the shutter 40 is not a limitation of the present invention, unless specifically indicated in the claims. If it is located near or within the access port 24, a. sealing gasket 46, a scrubber 48, a gasket or other insulating means may be mounted on contact with the shutter 40 to stop the temperature and / or the pressure between the combustion chamber. 14 and the inside of the housing 42. In various embodiments, the shutter 40 may be substantially transparent or substantially opaque to the beam 28 and may comprise coatings on one or both sides of the shutter 40 to provide partially or completely prevent soiling from the combustion chamber 14 from adhering to the shutter 40. For the purposes of the present description, the expression "substantially transparent for the beam 28" means that at least part of the beam 28 passes through the shutter 40 without strong refraction or strong blocking. A substantially transparent shutter 40 may be constituted, for example, by quartz, sapphire, clear glass, tempered glass of acrylic resin and other suitable transparent materials known to one of ordinary skill in the art. If the shutter 40 is substantially transparent to the beam 28, it may remain in the path of the beam 28 during operation of the laser 26, allowing at least a portion of the beam 28 to pass substantially unmodified through the shutter 40. It is believed that the beam 28 may be sufficiently focused as it passes through the shutter 40 to be unaffected by the small amounts of dirt adhering to the shutter 40. It is further expected that dirt adhering in larger amounts to the shutter 40 absorbs enough energy from the beam 28 for a hole to be melted through the shutter 40 thereby allowing the laser 26 to continue operating until the shutter 40 can be repaired or replaced. For the purposes of the present description, the expression "substantially opaque for the beam 28" means that the shutter 40 substantially blocks or refracts the entire beam 28, preventing at least a major part of the beam 28 from passing through the beam 28. shutter 40. A substantially opaque shutter 40 may, for example, consist of opaque glass, opaque tempered glass, opaque acrylic resin, compressed magnesium oxide powder or other opaque materials known to one of ordinary skill in the art. the technique. Regardless of the fact that the shutter 40 is substantially transparent or substantially opaque to the laser beam 28, the shutter 40 may have a first position or closed position in the path of the beam 28 and a second position or open position away from the beam 28. beam path 28. In the first position, the shutter 40 is generally between the combustion chamber 14 and the lens 38 to improve the protection of the lens 38 and / or other members inside the housing 42 as shown in FIGS. 2 and 4. The laser 26 can be operated with the shutter 40 in the first position, for example, when the shutter 40 is substantially transparent to the beam 28. In the second position, the shutter 40 is substantially transparent to the beam 28. The shutter 40 is away from the path of the beam 2 to allow the beam 28 to pass freely through the orifice 24 to enter the combustion chamber 14, as shown in FIGS. 3 and 5. We can t operate the laser 26 with the shutter 40 in the second position, for example. when the shutter 40 is substantially transparent to the beam 28 and partially or completely covered with dirt from the chamber. 4th burning. 14 or 10 when the shutter 40 is substantially opaque for the beam 28. The movement of the shutter 40 between the first and the second. second positions can. allow the scrubber 48, if present, to rub on one or both surfaces of the shutter 40 to partially or completely remove the dirt on the shutter 40. As shown in Figures 1 to. the system may further comprise means for actuating the shutter 40 between the first position and the second position. For example, as shown in FIG. 1, the means may be constituted by a connected telescopic element 50. to the shutter 40. A fluid 52 may alternatively be supplied to. the telescopic element or removed from the latter to cause the telescopic element 50 respectively to expand or return, which therefore moves the shutter 40 between the. first position and the second position. According to another possibility, as shown in FIGS. 2 and 3, the means may be constituted by a lever 54 passing through a pivot 56 and connected. to the shutter 4.0, a. Hydraulic, pneumatic or mechanical cylinder (not shown) may be adapted to act on the lever 54 to change the lever position 54, thus moving the shutter 40 between the first position and the second position ,. Figures 4 and 5 provide yet another example of a suitable structure for the means for moving the shutter 40 between the first position and the second position. As shown in FIGS. 4 and 5, the means may consist of a servomotor 60 designed to rotate an axis 62 connected to the shutter 40. Thus, the rotation of the axis 62 rotates the shutter 40 around the spindle 40. 62 axis between the first and second positions. In other possible embodiments, the means for moving the shutter 40 between the first position and the second position may comprise a screw system, a detent assembly and / or virtually any pneumatic, hydraulic and / or hydraulic structures. or mechanical known to one of ordinary skill in the art to move one organ relative to another. As further shown in FIGS. 2 to 5, a biasing element 58 such as a spring, weight, piston or similar device may be associated with the shutter 40 to urge the shutter 40 towards one of the first and second positions. For example, the biasing member 58 may be attached to the shutter 40 to bias the shutter 40 to the second position so that, in the event of a failure of the means for moving the shutter 40 between the first position and the second position, the biasing element 58 can automatically bring the shutter 40 into the second position, which allows the laser 26 to continue to operate until the means for moving the shutter 40 can to be repaired or replaced. As shown in FIGS. 2 to 5, the system 10 may further comprise means for detecting a state of the shutter 40. The state of the shutter 40 may comprise, for example, the position of the shutter 40 and the amount and / or the location of soiling on the shutter 40. The means may, for example, be constituted by a light sensor or a temperature sensor such as a photoelectric cell, a photoresistor, a light detector or a light sensor. temperature or an equivalent structure for detecting light or heat passing through the shutter 40 or reflected from the shutter 40. For example, as shown in the figures, a sensor 60 may be placed in the housing 42 to detect the light or the light. heat through the shutter 40 or reflected by the shutter 40. The amount of light or heat passing through the shutter 40 or reflected from the shutter 40 can be used to determine the position of the shutter 40 in order to prevent accidental operation of the laser 26 with the shutter 40 closed. Alternatively, or in addition, the amount of light or heat passing through the shutter 40 or reflected by the shutter 40 may indicate the presence, location and / or amount of soiling on the shutter 40 to The systems 10 described and illustrated in the figures may further include a method for igniting the combustor 12 which includes producing the beam 28 over a path and concentrating the beam 28 at the focus 30 within the combustor 12. The method may further include passing the shutter 40 from the first position along the path to the second position away from the path. In particular embodiments, the method may further include concentrating the beam 28 in the optical fiber bundle 44, passing the shutter 40 from the second position to the first position, and / or detecting the condition shutter 40.

Liste des repères Repère Elément 10 Système 12 Dispositif de combustion 14 Chambre de combustion 16 Injecteur 18 Combustible 20 Fluide de travail 22 Gaz de combustion 24 Orifice d'accès 26 Laser 28 Faisceau laser 30 Foyer 32 Paroi du dispositif de combustion 34 Source d'électricité 36 Tube optique 38 Lentille 40 Obturateur 42 Boîtier 44 Faisceau de fibres optiques 46 Joint 48 Frottoir 50 Elément télescopique 52 Fluide 54 Levier 56 Pivot 58 Elément de sollicitation 60 Servomoteur List of marks Item Element 10 System 12 Combustion device 14 Combustion chamber 16 Injector 18 Fuel 20 Working fluid 22 Flue gas 24 Access port 26 Laser 28 Laser beam 30 Fireplace 32 Combustion device wall 34 Electricity source 36 Optical tube 38 Lens 40 Shutter 42 Housing 44 Optical fiber bundle 46 Gasket 48 Sidewalk 50 Telescopic element 52 Fluid 54 Lever 56 Swivel 58 Actuator 60 Servomotor

Claims

REVENDICATIONS1. An ignition system (10) for a combustion device (12), comprising: an access port (24) through a wall (32) of the combustion device (12); a laser (26) outside the combustion device (12) and aligned with said access port (24), said laser (26) producing a beam (28) on a path; a lens (38) on said path of said beam (28), said lens (38) concentrating said beam (28) into a focus (30) within the combustion device (12); and a shutter (40) having a first position on said path and a second position away from said path.

The system (10) of claim 1, wherein said lens (38) comprises an optical fiber bundle (44).

The system (10) of any preceding claim, further comprising means for actuating said shutter (40) between said first position and said second position.

The system (10) of any preceding claim, wherein said path of said beam (28) in the combustor (12) is substantially perpendicular to the fluid flow in the combustor (12).

The system (10) of any preceding claim, wherein said shutter (40) is substantially transparent to said beam (28).

6. System (10) according to any one of the preceding claims, further comprising a brush (48) in contact with said shutter (40).

The system (10) of any preceding claim, further comprising a biasing member (58) cooperating with said shutter (40) for biasing said shutter (40) toward said second position.

The system (10) of any preceding claim, further comprising means for detecting a state of said shutter (40).

A method for igniting a combustion device (12), comprising: producing a beam (28) on a path; concentrating said beam (28) into a focus (30) within the combustor (12); and passing a shutter (40) from a first position on said path to a second position away from said path.

The method of claim 9, further comprising concentrating said beam (28) with an optical fiber bundle (44).

The method of any of claims 9 and 10, further comprising passing said shutter (40) from said second position to said first position.

The method of any one of claims 9 to 11, further comprising detecting a state of said shutter (40).