JP2005077087A - 低温プラズマ発生手段を有する空気／燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造を維持して汚染物質の放出を制限しながら、燃焼領域のフレームアウトに対する抵抗力を増加させることを可能にする燃焼室に、空気／燃料混合気を噴射するためのシステムを提供する。
【解決手段】ターボ機械燃焼室（１２）内への空気／燃料混合気の流れのための中空筒形構造（４１）と、中空筒形構造の上流端に配置された燃料噴射手段（３８）と、燃料噴射手段（３８）の下流に配置された空気噴射手段（２８、３０）と、空気／燃料混合気の流れの中に活性種を生成して、空気／燃料混合気の分子のプレフラグメンテーションを起こさせるように空気噴射手段（２８、３０）の下流に配置された低温プラズマ発生手段（４２）と、ターボ機械の動作速度にしたがって上記低温プラズマ発生手段（４２）を制御するための手段と、を含む、ターボ機械燃焼室（１２）内に空気／燃料混合気を噴射するためのシステム（１０）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ機械燃焼室内に空気／燃料混合気を噴射するシステムの一般的分野に関する。本発明は、より詳細には、燃焼室内へのその噴射時に空気／燃料混合気の反応度を制御できる低温プラズマ発生器を備えた噴射システムに関する。

ターボ機械燃焼室を設計して最適化する従来の工程の主な目的は、汚染物質（酸化窒素、一酸化炭素、不燃焼炭化水素など）を最小にしながら、ターボ機械が搭載された航空機の考えられる使命にしたがって、燃焼室の動作性能特性（燃焼効率、安定範囲、点火・再点火範囲、燃焼領域の寿命など）を調和させることである。これを行うために、特に燃焼室内に空気／燃料混合気を噴射するシステムの性質および性能特性と、燃焼室内の希釈空気の分布と、燃焼室内の空気／燃料混合気の動特性とを、変化させることができる。

ターボ機械の燃焼室は典型的には、数個のシステム、すなわち内筒の中に空気／燃料混合気を噴射するシステムと、冷却システムと、希釈システムとから構成される。燃焼は主として、炎が噴射システムから来る空気流によって誘起される空気／燃料混合気循環ゾーンによって安定化される、内筒の第１の部分（一次ゾーン）内で起こる。混合筒のこの一次ゾーンでは種々の物理現象、すなわち燃料の噴射、微小液滴への霧化と、小液滴の蒸発と、燃料蒸気の空気との混合、および燃料が空気中の酸素によって酸化される化学的酸化反応とが発生する。混合筒の第２の部分（希釈ゾーン）では、発生する化学的活性はより弱く、流れは希釈孔によって希釈される。

汚染物質の放出、特に酸化窒素の放出（ＮＯｘ型の）を減らすために、温度が約１８００Ｋ以上である内筒のゾーンを除去する試みが知られている。こうするためには、燃焼炎が濃い、または薄い空気／燃料混合気の中にあることが必要である。例えば、化学反応が起こっている内筒の、このゾーンの空気／燃料混合気は、燃焼に与えられる空気の流量を増加させることによって薄めることができる。この場合、このことは、燃焼ゾーンに位置する火炎を供給する前に、燃料を蒸発させて、益々多く燃料を空気と混合させるのを助ける。したがって燃焼炎はその濃厚さが減少する。

しかしながら空気の流量を増加させるだけでは、燃焼領域内の化学量的混合のゾーンを完全に除去するために十分ではない。一般に、燃焼をより薄めることは結果的に、エンジンのアイドリング・フェーズがもはや得られないように、消滅に対する燃焼領域の脆弱性を増加させることになる。

この問題を解決するために、エンジン設計者は、二つの形、すなわち「二段式」燃焼室および「マルチポイント」噴射システムと呼ばれる二つの形をとり得る、「段階的燃焼」と呼ばれる考えを発展させてきた。

二段式燃焼室は、燃料噴射器が「パイロット」ヘッドと呼ばれるものの周りと、「テークオフ」ヘッドと呼ばれるものの周りとに、分散配置される燃焼室である。パイロット・ヘッドは、永続的に動作し、こうして燃焼領域が消されるのを防止しているが、テークオフ・ヘッドは、ＮＯｘ型の放出を減らすように設計されている。またこの解決法は満足に見えるが、二段式燃焼室は未だ制御が困難であり、従来の単一ヘッドの燃焼室と比較して燃料噴射器の数が二倍になることのせいで、高価である。

空気／燃料混合気を噴射するための「マルチポイント」噴射システムは、空気と燃料の噴射が数個の独立したダクトを介して行われ、ターボ機械の動作速度にしたがって規制されるシステムである。このようなマルチポイント噴射システムの主な欠点は、種々の燃料回路と調整システムの複雑さにある。

米国特許第６，４５３，６６０号明細書は、高温プラズマ発生器を備えたマルチポイント噴射システムを教示している。この文献では、主要燃料噴射器の端部に高温プラズマ発生器を搭載するように、装備がなされる。燃料の流れに高エネルギー放出が起こり、それによって燃料分子がイオン化されて、部分的に解離されることを可能にしている。しかしながら、このような噴射システムは、完全に満足なものではない。第一に、マルチポイント構造は、制御が複雑で困難なままである。第二に、高エネルギー放出は、主要燃料流にだけ発生し、これは燃焼領域の消滅の危機と闘う際に、このような噴射システムの有効性を制限する。
米国特許第６，４５３，６６０号明細書

したがって本発明の主要な目的は、なお単純な構造を維持して汚染物質の放出を制限しながら、燃焼領域のフレームアウトに対する抵抗力を増加させることを可能にする燃焼室に、空気／燃料混合気を噴射するためのシステムを提供することによって、このような欠点を軽減することである。

この目的のために、ターボ機械燃焼室内への空気／燃料混合気の流れのための中空筒形構造と、中空筒形構造の上流端に配置された燃料噴射手段と、燃料噴射手段の下流に配置された空気噴射手段と、を含む、ターボ機械燃焼室内に空気／燃料混合気を噴射するためのシステムであって、空気／燃料混合気の流れの中に活性種（ａｃｔｉｖｅ ｓｐｅｃｉｅｓ）を生成して、空気／燃料混合気の分子のプレフラグメンテーションを起こさせるように、空気噴射手段の下流に配置された低温プラズマ発生手段と、ターボ機械の動作速度に依存して低温プラズマ発生手段を制御するための手段と、を更に含むことを特徴とするシステムが提供される。

この低温プラズマ発生器は、化学反応の特性時間がターボ機械の動作速度にしたがって適応することを可能にしている。化学反応の特性時間は、空気／燃料混合気の流れの中への活性種（ラジカル種と励起種）の生成と噴射とによって、また空気と燃料分子のプレフラグメンテーションによって制御される。

このようにして、なお汚染物質放出の制限を可能にしながら、燃焼領域の消滅に対する抵抗力を増加させることと、特にターボ機械の低い動作速度における燃焼の安定性を保証することが可能になる。

この低温プラズマ発生手段は、空気機械式噴射システムと空力式噴射システムの両者に適している。

低温プラズマ発生手段は、制御手段によって制御されるＡＣ電流発生器に接続された、少なくとも一対の電極を含むことができる。

代替として、またこれらが設置される方法に依存して、これらの低温プラズマ発生手段は、制御手段によって制御されるＡＣ電流発生器に接続されたソレノイド巻き線を含むことができる。

こうして本発明は、これらの噴射システムの実質的な修正という結果を招かずに、既知の空気／燃料混合気噴射システムに容易に適応できる。

低温プラズマ発生手段は、同一の燃焼室の複数の噴射システムのうちの一つだけと、あるいはすべてと接続でき、それによって既存の燃焼室の動作の向上を可能にしている。

本発明による噴射システムはまた、燃焼効率がターボ機械の動作点で増加するような方法で燃焼が安定化される、ターボ機械のこれらの動作点で動作することができる。例えばもしわれわれが風車状態時の高所での再点火点を考えれば、燃焼領域のボリュームはターボ機械が加速することを可能にする燃焼効率を保証するために十分でなくてはならない。これらの条件下で本発明は、燃焼領域のボリュームが減らされることを可能にし、したがってターボ機械の質量が減らされることを可能にする。

更に燃焼室消火限度を押し戻すことによって、本発明は二段式燃焼室の場合の、更にまたマルチポイント噴射システムに基づく燃焼室の場合の、パイロット・ヘッド燃料回路を不要にすることを可能にする。

最後に本発明は、噴射システムにこの機能を組み込むことによって、燃焼室点火システムの単純化を可能にしている。点火は実際に、適切な頻度で適切なエネルギーを供給される、低温プラズマ発生手段によって達成される。こうして、従来の点火プラグ点火装置を不要にでき、それに関連する諸問題（本体と点火プラグ先端の冷却、燃焼領域の冷却時の摂動、点火プラグの寿命など）を避けることが可能である。

本発明の他の特徴と利点は、如何なる限定的性質も持たない本発明の実施形態を図解する添付の図面を参照しながら、下記に与えられる説明によって明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態による噴射システムを縦断面で示す。この実施形態では噴射システムは、空気機械式である。

長手方向軸Ｘ−Ｘの噴射システム１０は本質的に、ターボ機械の燃焼室１２の燃焼領域に向かう空気／燃料混合気の流れのための、筒形構造で構成される。この空気／燃料混合気は、燃焼室１２内で燃焼させられることを意図している。

燃焼室１２は例えば、環状タイプである。これはターボ機械の軸に関して半径方向に離れて間隔をあけて配置された、二つの環状壁（図１には図示せず）によって境界を定められており、チャンバ後部壁１４によって上流に接続される。チャンバ後部壁１４は、ターボ機械の軸の周りの円に沿って一定の間隔をあけて配置された、複数のポート１６を有している。本発明による噴射システム１０は、これらのポート１６の各々に嵌め込まれる。空気／燃料混合気の燃焼から生じるガスは、燃焼室の出口に配置された高圧タービン（図示せず）に供給されるために、燃焼室１２の下流端に向かって流れる。

環状デフレクタ１８は、ブシュ２０を用いてポート１６に嵌め込まれる。このデフレクタは、チャンバ後部壁１４と平行になるように嵌め込まれ、燃焼炎の放射に対する熱遮蔽として機能する。

ボウル２２は、ブシュ２０内に嵌め込まれる。このボウル２２は、噴射システム１０の長手方向軸Ｘ−Ｘと同軸的に配置された、ほぼ円筒形の壁２２ｂの延長部に沿って、下流端に向かって朝顔形に開いた壁２２ａを有している。そのフレア角によってこのボウル２２は、空気／燃料混合気が燃焼領域の一次ゾーンに分散されることを可能にしている。更に、ボウルの朝顔形に開いた壁２２ａは、燃焼領域に空気を導入するための複数の孔２４を有している。これらの孔２４は、ボウルの外側で長手方向軸Ｘ−Ｘを中心に、空気／燃料混合気の流れを再び中心に向かわせることを可能にする。

ボウル２２は、チャンバ後部壁１４と平行に広がる環状カラー２５を有している。デフレクタ１８の場合のように、このカラー２５は、燃焼炎の放射とボウル２２との間の熱遮蔽を形成する。カラーは、ボウルの朝顔形に開いた壁２２ａを通過してオリフィス２５ａを流れる空気の衝突によって冷却される。

ボウル２２の円筒形の壁２２ｂは、中細形状の内部プロファイルを有するベンチュリ２６を取り囲んでいる。ベンチュリ２６は、内側スワーラ２８と外側スワーラ３０から放出する空気流の範囲を定めることを可能にする。ベンチュリ２６はその上流端で、外側スワーラ３０から内側スワーラ２８を分離する放射状フランジ２６ａを有している。

内側スワーラ２８は放射状タイプである。これは、ベンチュリ２６の上流に配置され、ベンチュリ内に内側放射状空気流を放出する。外側スワーラ３０もまた、放射状タイプである。これは、ボウル２２の円筒形の壁２２ｂの上流に配置され、ベンチュリ２６とボウル２２の円筒形壁２２ｂとの間に、外側放射状空気流を放出する。内側スワーラ２８および外側スワーラ３０は、空気／燃料混合気の流れを回転させ、それによって燃料の霧化と空気との混合とを促進するように、乱れとせん断とを増加させる。

上流では内側スワーラ２８は、噴射システムの長手方向軸Ｘ−Ｘに面する側に開いた、環状溝３４を有する保持片３２に固定される。この環状溝３４には支持リング３６が嵌め込まれる。この支持リング３６は、燃料噴射器３８の下流端が、噴射システムの長手方向軸Ｘ−Ｘに中心合わせされるように固定されることを可能にする。支持リング３６は、噴射システム１０の種々の要素が受ける熱応力が発生させ得る、如何なる緩みも取ることを可能にするように、環状溝３４内で半径方向に動くことができる。

支持リング３６は、燃料噴射器３８と接しているその部分において、噴射システムの長手方向軸Ｘ−Ｘを中心とした円に沿って一定の間隔を置いて配置された、複数のオリフィス４０によって貫通されている。これらのオリフィス４０は、燃料ノズル３８を換気し、燃料ノズルの下流端におけるコークスの形成を防止するパージとして機能する。

このようにして支持リング３６と、内側スワーラ２８および外側スワーラ３０と、ベンチュリ３６とボウル２２は、空気／燃料混合気が流れる噴射システム１０の中空筒形構造４１を形成する。

上流側で燃料噴射器３８は、噴射器アーム（図示せず）に固定される。燃料は噴射器アームを流れた後に、部分的にベンチュリ２６に当る燃料コーンの形をした噴射器３８によって噴霧される。いったん噴霧されると燃料は、内側スワーラ２８および外側スワーラ３０と、ボウル２２の孔２４とから来る空気と混合される。

燃料は、ボウル２２を出ると、液体流の速度と気体流の速度との差の結果から来る、空気力学的剪断効果によって微小液滴の形で噴霧される。このようにして形成された空気／燃料混合気はそれから、燃焼室１２に導入され、そこで燃焼する。

本発明によれば、この噴射システム１０は更に、空気／燃料混合気の流れの中に活性種を生成し、空気／燃料混合気の分子のプレフラグメンテーションを発生させるように、低温プラズマ発生手段を含む。ターボ機械の動作速度にしたがってこれらの低温プラズマ発生手段を制御するために、制御手段も設けられる。

図１に図示される噴射システムの実施形態では、これらの低温プラズマ発生手段は、ベンチュリ２６の下流端の周りか（配置Ａ）、ボウル２２の上流端の周りか（配置Ｂ）、ベンチュリ２６の下流端の周りとボウル２２の上流端の周り（配置Ｃ）のいずれかに配置できる。

図２Ａは、ベンチュリ２６の下流端の周りの低温プラズマ発生手段の配置Ａを図示している。この図は、ベンチュリの円形下流端を正面図で模式的に示している。

この構成では、低温プラズマ発生手段は、ベンチュリ２６の下流端の周囲に配置される少なくとも一対の電極４２によって構成される。これらの電極４２は、電気配線４４を介してＡＣ電流発生器に接続される。この電流発生器は、後述する制御システム４８によって制御される。

図２Ａにおいて、電極４２は、ベンチュリ２６の同一直径に沿って配置され、すなわち、これらの電極は互いに半径方向に整列配置される。しかしながら、点線で示すように、ベンチュリ２６の異なる半径上に配置されて、互いに半径方向にずれている一対の電極４２’が存在してもよい。

適用の性質と要件とによって、多数対の電極が存在することもある。これらの電極は、ベンチュリの周囲に環状に、例えば均一に分散される。更に、数対の電極の場合、これらの対は、ＡＣ電流発生器４６によって同時に、または順次に電流供給される。

また、ベンチュリの下流端に配置の場合は、低温プラズマ発生手段もＡＣ電流発生器に接続されたソレノイド巻き線の形に形成できる。この変形体（図示せず）ではベンチュリの外面は、ソレノイド巻き線を有している。

ボウル２２の上流端の周りの低温プラズマ発生手段の配置（配置Ｂ）は、上述の配置Ａに対応しており、したがって繰り返さない。

図２Ｂは、ベンチュリ２６の下流端の周りとボウル２２の上流端の周りの、低温プラズマ発生手段の配置Ｃを示す。この図では、ベンチュリ２６とボウル２２の各々は、ほぼ円形の横断面を有しており、互いに同心円的に配置される。

この構成では、低温プラズマ発生手段は、一方の電極がベンチュリ２６の下流端の円周上に配置され、他方の電極がボウル２２の上流端の円周上に配置された、少なくとも一対の電極４２によって構成される。これらの電極４２はまた、制御システム４８によって制御されるＡＣ電流発生器４６に、電気配線４４を介して接続される。

図２Ｂにおいて、電極４２は、ベンチュリ２６の下流端とボウル２２の上流端とによって画定されるリングの同一半径上に配置され、すなわち、これらの電極は互いに半径方向に整列配置される。しかしながら、点線で示すように、このリングの異なる半径上に配置されて、互いに関して半径方向にずれている一対の電極４２’が存在することもある。

前述の構成の場合のように、アプリケーションの性質と要件とによって、多数対の電極が存在することもある。この場合、これらの対の電極の配置は、ベンチュリの円周とボウルの円周とに沿って変化し得る。これらの対の電極はまた、同時にまたは順次に電力供給され得る。

図２Ａ、２Ｂを参照しながら上記に説明した二つの構成では、これら複数対の電極（またはソレノイド巻き線）は、制御システム４８に接続されたＡＣ電流発生器４６を用いて、これら電極間を（またはソレノイド巻き線の内部に沿って）流れる空気／燃料混合気内で放電を発生させることを可能にする。

空気／燃料混合気がこの放電の中を通過すると、空気と燃料分子はイオン化されて部分的に解離させられる。燃料分子は、部分的にＣ_ｘＨ_ｙ（Ｃ_２Ｈ_２、ＣＨ_４など）型のラジカル種に解離する。同様に空気中の酸素は、解離させられてイオン化される（Ｏ^＋など）。この燃料分子と空気の分子のプレフラグメンテーションは更に、燃焼中にこれらの分子のフラグメンテーションを容易にする。

ＡＣ電流発生器４６のパラメータ（電気パルスの持続時間、電圧、繰返し速度など）は、生成するのが望ましい活性種（ラジカル種と励起種）に関して、空気分子および燃料分子のプレフラグメンテーションの所望程度に関して、また意図した機能（点火、高所での再点火、安定範囲の拡大、燃焼領域の能動的制御など）に関して、ターボ機械の動作速度にしたがって制御システム４８によって制御される。

しかしながら、ＡＣ電流発生器４６は、「低温」プラズマの発生を可能にする特徴を有する。「高温」プラズマと比較して低温プラズマは、「ストリーマー」型の放電によって、すなわちイオン化前線の伝播によって特徴付けられる。低温プラズマはまた、放電時に放射される電子の温度が、この放電内を流れる空気／燃料混合気の温度と比較して極めて高い、熱力学的不均衡によって特徴付けられる。この特徴は、高温プラズマよりも低いエネルギー消費で空気／燃料混合気の流れの中に、活性ラジカル種が生成されることを可能にするという主な利点を有する。

低温プラズマの発生を可能にするこのようなＡＣ電流発生器４６は、２から５０ナノ秒、好適には２から３０ナノ秒の持続時間を有する電気パルスを発する。比較すると、高温プラズマを発生させる電流発生器は、典型的には約１００ミリ秒の持続時間を有する電気パルスを発する。

更に、燃焼領域を制御するための活性制御機能が必要となるときには、制御システム４８は、燃焼領域内でリアルタイムに収集される情報を使用することができる。

例えば、燃焼室内に配置された不安定度検出器に、制御システム４８を接続するための装備が行われ得る。このような不安定度検出器は、燃焼室内の圧力（または他の何らかのパラメータ）を測定し、これをリアルタイムに制御システムに送信する。他の例では、燃焼炎を検出するための光学式検出器に制御システムを接続することも可能である。こうして、このような光学式検出器は、フレームアウトの場合にリアルタイムに制御システムに通知することを可能にする。

さて本発明の他の実施形態における噴射システムは、図３を参照しながら説明される。この実施形態では、この噴射システムも空気機械式である。よって、この噴射システムと図１に図示された噴射システムとの間に存在する差異だけが詳細に説明される。特に、図１の噴射システムと比較してこの噴射システムは、ＬＰＰ式（Ｌｅａｎ Ｐｒｅｍｉｘｅｄ Ｐｒｅｖａｐｏｒｉｚｅｄ：薄い前混合・前気化式）である。

前述した実施形態の場合のように、長手方向軸Ｙ−Ｙの噴射システム５０は本質的に、ターボ機械の燃焼室１２の燃焼領域内への空気／燃料混合気の流れのための、中空筒形構造５１で構成される。

環状デフレクタ５２は、ブシュ５４を用いて、チャンバ後部壁１４に作られたポート１６内に嵌め込まれる。気化・前混合筒を形成するボウル５６は、ブシュ５４内に嵌め込まれる。このボウル５６は、噴射システムの長手方向軸Ｙ−Ｙと同軸的に配置された、ほぼ円筒形の上流壁５６ｃの延長部にそれ自身形成された、先細り中間壁５６ｂの延長部に形成された末広形下流壁５６ａを有している。

前述の実施形態で説明した機能に加えて、このボウル５６は、ＮＯｘ型の放射物を低減する化学量的燃焼条件が燃焼領域に確立されることを防止するように、燃焼領域に同質で希薄な空気／燃料混合気を供給することを可能にする。

ボウル５６は、第１のベンチュリ５８を取り囲んでいる。この第１のベンチュリ５８は、その上流端でボウル５６の円筒形壁５６ｃを貫通して形成された、孔６０を通って流れる空気をガイドする機能を有している。この空気は、ボウル５６の内面に沿って流れることによってボウル５６を冷却することを意図している。

第１のベンチュリ５８は、中細形状の内部プロファイルを有する第２のベンチュリ６２を取り囲んでいる。第２のベンチュリ６２は、内側放射状スワーラ６４と外側放射状スワーラ６６とから放出する空気流の境界を画定する。内側スワーラ６４は、第２のベンチュリ６２内に半径方向の空気流を放出し、外側スワーラ６６は、第１のベンチュリ５８と第２のベンチュリ６２との間に半径方向の空気流を放出する。

噴射システムの長手方向軸Ｙ−Ｙに中心を合わせた燃料噴射器６８は、内側スワーラ６４の上流に配置される。この燃料噴射器は、支持リング７０を用いて噴射システムに固定される。

このようにして、支持リング７０と、内側スワーラ６４および外側スワーラ６６と、ベンチュリ５８、６２とボウル５６は、空気／燃料混合気が流れる噴射システム５０の中空筒形構造５１を形成する。

この実施形態では、空気／燃料混合気の流れに活性種が生成されることを可能にし、空気／燃料混合気の分子がプレフラグメントされることを可能にする低温プラズマ発生手段は、ボウル５６の下流端の周りに配置される（図３の配置Ｄ）。

ボウル５６の下流端の周りの低温プラズマ発生手段の配置Ｄは、図２Ａに示された配置に対応する。前述のように、低温プラズマ発生手段は、ボウルの下流端の円周上に配置された少なくとも一対の電極の形か、あるいはソレノイド巻き線の形に形成され得る。

図２Ａを参照して説明された代替の構成もこの実施形態に適用可能であり、これらの電極（またはソレノイド巻き線）は、制御システムによって制御されるＡＣ電流発生器に接続されることは言うまでもない。

この実施形態では低温プラズマ発生手段の配置Ｄは、一方では、薄い空気／燃料混合気媒体における消滅限度を押し戻すことによって、燃焼領域の安定範囲を増加させることを、他方では、燃焼領域の燃焼不安定に対する脆弱性を減少させるように、燃焼領域を制御することを可能にする。

この燃焼領域制御の場合では、前述のように、ＡＣ電流発生器の活性制御システムに接続された不安定検出器、または光学式燃焼炎検出器を設置することが必要である。

本発明の更に他の実施形態の噴射システムは、図４を参照しながら説明される。この実施形態では、噴射システムは空気力学的タイプである。

前述の実施形態の場合のように、長手方向軸Ｚ−Ｚの噴射システム７２は本質的に、ターボ機械の燃焼室１２の燃焼領域内への空気／燃料混合気の流れのための、中空筒形構造７３で構成される。

デフレクタ７４は、ブシュ７６を用いて、チャンバ後部壁１６に作られたポート１６内に嵌め込まれる。ボウル７８は、ブシュ７６内に嵌め込まれる。このボウルは、下流端に向かって広がる壁を有している。

ボウル７８は、その上流端で、噴射システムの長手方向軸Ｚ−Ｚに中心を合わせた燃料噴射器８２を取り囲んで適所に保持する、環状保持リング８０によって拡張されている。

燃料噴射器８２は、噴射システム７２の長手方向軸Ｚ−Ｚと同軸的に配置された第１の筒形部分８４を有している。この第１の筒形部分８４は、空気／燃料混合気のためにその下流端で開いている、第１の軸方向内側ボリューム８６を画定する。

第１の筒形部分８４の外面と環状保持リング８０の内面は、これらの間に第１の環状通路８８を画定する。保持リング８０を貫通して形成された空気供給オリフィス８９は、噴射器８２の外側に開口して、この第１の環状通路８８に現れている。これらのオリフィス８９は、空気がほぼ軸方向に第１の筒形部分８４の下流端に噴射されることを可能にする。

燃料ノズル８２の第１の筒形部分８４の内面は、噴射システムの長手方向軸Ｚ−Ｚと同軸的に配置されている、第２の筒形部分９０を取り囲んでいる。この第１の筒形部分８４と第２の筒形部分９０は、これらの間に第２の筒形通路９２を画定する。この第２の筒形部分９０は更に、第１の筒形部分８４の軸方向内部ボリューム８６内に開口する第２の軸方向内部ボリューム９４を画定する。

燃料噴射器８２はまた、噴射器の外側に開口して、第２の筒形部分９０の上流端で第２の軸方向内部ボリューム９４に現れる、複数の空気供給チャネル９６を含んでいる。このようにして空気供給チャネル９６は、空気がほぼ軸方向に第２の筒形部分９０の上流端に噴射されることを可能にする。

その上流端において燃料噴射器８２は、円筒形凹部の形をした少なくとも一つの燃料吸入口９８を有する。この円筒形凹部には、噴射器アーム（図示せず）を介して燃料が供給される。

燃料供給チャネル１００は、この円筒形凹部９８内に開口しており、第２の環状通路９２内に現れている。したがって燃料供給チャネルは、燃料が第１の筒形部分８４と第２の筒形部分９０との間に噴射されることを可能にする。

燃料噴射器８２と保持リング８０とボウル７８は、このようにして噴射システム７２の中空筒形構造７３を形成する。

この噴射システムでは、噴射される燃料は、空気せん断効果によって霧化される。実際に、第２の環状通路９２に燃料の膜が形成される。第２の筒形部分９０を離れると、燃料の膜は、第１の筒形部分８４の出口で第１の環状通路８８から放出される空気の作用を受ける前に、空気供給チャネル９６から放出される空気の作用を受ける。

この実施形態では、低温プラズマ発生手段は、三つの異なるゾーンに、すなわち第２の筒形部分９０の下流端の周り（配置Ｅ）、第１の筒形部分８４の下流端の周り（配置Ｆ）、または環状保持リング８０の下流端の周りと第１の筒形部分８４の下流端の周り（配置Ｇ）に設置できる。

第２の筒形部分９０の下流端の周りの配置Ｅと第１の筒形部分８４の下流端の周りの配置Ｆの両者は、図２Ａに示す配置に対応しており、したがって詳述はしない。これらの場合においては、低温プラズマ発生手段は、少なくとも一対の電極の形に、あるいはソレノイド巻き線の形に作ることができる。

環状保持リング８０の下流端の周りと第１の筒形部分８４の下流端の周りの配置Ｇは、図２Ｂに示す配置に対応しており、したがってこれも詳述はしない。この場合、低温プラズマ発生手段は、少なくとも一対の電極の形に作ることができる。

言うまでもなく、図２Ａ、２Ｂを参照しながら説明された種々の代替の実施形態も、この実施形態の配置Ｅ、Ｆ、Ｇに適用され、電極（またはソレノイド巻き線）は、制御システムによって制御されるＡＣ電流発生器に接続される。

本発明の一実施形態による噴射システムの縦断面図である。 本発明による噴射システム内に低温プラズマ発生手段を設置する、二通りの方法を示す図である。 本発明による噴射システム内に低温プラズマ発生手段を設置する、二通りの方法を示す図である。 本発明の他の実施形態による噴射システムの縦断面図である。 本発明の更に他の実施形態による噴射システムの縦断面図である。

符号の説明

１０、５０、７２ 噴射システム
１２ ターボ機械燃焼室
１４ チャンバ後部壁
１６ ポート
１８ 環状デフレクタ
２０、５４、７６ ブシュ
２２、５６、７８ ボウル
２２ａ 末広形壁
２２ｂ 円筒形壁
２４、６０ 孔
２５ 環状カラー
２５ａ、４０ オリフィス
２６ ベンチュリ
２８、３０、６４、６６、８９、９６ 空気噴射手段
２８、６４ 内側エア・スワーラ
３０、６６ 外側エア・スワーラ
３２ 保持片
３４ 環状溝
３６ 支持リング
３８ 燃料噴射器
３８、６８、１００ 燃料噴射手段
４１、５１、７３ 中空筒形構造
４２ 電極
４２、４２’ 低温プラズマ発生手段
４４ 電気配線
４６ ＡＣ電流発生器
４８ 制御手段
５６ 前混合ボウル
５６ａ 末広下流壁
５６ｂ 先細り中間壁
５６ｃ 円筒形上流壁
５８ 第１のベンチュリ
６２ 第２のベンチュリ
８０ 環状保持リング
８４ 第１の筒形部分
８６ 第１の軸方向内部ボリューム
８８、９２ 環状通路
８９ 空気供給オリフィス
９０ 第２の筒形部分
９６ 空気供給チャネル
９８ 燃料吸入口
１００ 燃料供給チャネル

Claims (16)

1. 燃焼室（１２）内への空気／燃料混合気の流れのための中空筒形構造（４１、５１、７３）と、
   中空筒形構造の上流端に配置された燃料噴射手段（３８、６８、１００）と、
   燃料噴射手段（３８、６８、１００）の下流に配置された空気噴射手段（２８、３０、６４、６６、８９、９６）と、
   を含む、ターボ機械燃焼室（１２）内に空気／燃料混合気を噴射するためのシステム（１０、５０、７２）であって、
   空気／燃料混合気の流れの中に活性種を生成して、空気／燃料混合気の分子のプレフラグメンテーションを起こさせるように空気噴射手段（２８、３０、６４、６６、８９、９６）の下流に配置された低温プラズマ発生手段（４２、４２’）と、
   ターボ機械の動作速度に依存して前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）を制御するための手段（４８）と、
   を更に含むことを特徴とする、システム（１０、５０、７２）。
2. 中空筒形構造（４１）の上流端に配置され、燃料がほぼ軸方向に中空筒形構造（４１）内に噴射されることを可能にする燃料噴射器（３８）と、燃料噴射器（３８）の下流に配置され、空気がほぼ半径方向に前記中空筒形構造（４１）内に噴射されることを可能にする内側エア・スワーラ（２８）と、内側エア・スワーラ（２８）の下流に配置され、空気がほぼ半径方向に前記中空筒形構造（４１）内に噴射されることを可能にする外側エア・スワーラ（３０）と、内側ブラケット（２８）と外側エア・スワーラ（３０）との間に配置されたベンチュリ（２６）と、外側エア・スワーラ（３０）の下流に配置されたボウル（２２）と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）はベンチュリ（２６）の下流端の周りに配置されることを特徴とする、請求項２に記載のシステム（１０）。
4. 前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）は、ボウル（２２）の上流端の周りに配置されることを特徴とする、請求項２に記載のシステム（１０）。
5. 前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）はベンチュリ（２６）の下流端の周りとボウル（２２）の上流端の周りとに配置されることを特徴とする、請求項２に記載のシステム（１０）。
6. 中空筒形構造（５１）の上流端に配置され、燃料がほぼ軸方向に中空筒形構造（５１）内に噴射されることを可能にする燃料噴射器（６８）と、燃料噴射器（６８）の下流に配置され、空気がほぼ半径方向に前記中空筒形構造（５１）内に噴射されることを可能にする内側エア・スワーラ（６４）と、内側エア・スワーラ（６４）の下流に配置され、空気がほぼ半径方向に前記中空筒形構造（５１）内に噴射されることを可能にする外側エア・スワーラ（６６）と、内側エア・スワーラ（６４）と外側エア・スワーラ（６６）との間に配置された第１のベンチュリ（５８）と、外側エア・スワーラ（６６）の下流に配置された第２のベンチュリ（６２）と、第２のベンチュリ（６２）の下流に配置された前混合ボウル（５６）と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム（５０）。
7. 前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）は前混合ボウル（５６）の下流端の周りに配置されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム（５０）。
8. 第１の筒形部分（８４）と第２の筒形部分（９０）との間に環状通路（９２）を画定するように、第２の筒形部分（９０）を取り囲む第１の筒形部分（８４）を含む燃料噴射器（８２）と、
   環状保持リング（８０）と前記燃料噴射器（８２）との間に環状通路（８８）を画定するように、燃料噴射器（８０）の前記第１の筒形部分（８４）を取り囲む環状保持リング（８０）と、
   前記環状保持リング（８０）の下流延長部に配置されたボウル（７８）と、
   前記保持リング（８０）と前記燃料噴射器（８２）との間の環状通路（８８）内に現れ、空気が燃料噴射器（８２）の前記第１の筒形部分（８４）の下流に噴射されることを可能にする、空気供給オリフィス（８９）と、
   燃料噴射器（８２）の前記第２の筒形部分（９０）の上流端に現れる空気供給チャネル（９６）と、
   前記第１の筒形部分（８４）と第２の筒形部分（９０）との間の環状通路（９２）に現れ、燃料が第１の筒形部分（８４）と第２の筒形部分（９０）との間に噴射されることを可能にする燃料供給チャネル（１００）と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム（７２）。
9. 前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）は、燃料噴射器（８２）の前記第２の筒形部分（９０）の下流端の周りに配置されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム（７２）。
10. 前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）は、燃料噴射器（８２）の前記第１の筒形部分（８４）の下流端の周りに配置されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム（７２）。
11. 前記低温プラズマ発生手段（４２、４２’）は、燃料噴射器（８２）の前記第１の筒形部分（８４）の下流端の周りと、環状保持リング（８０）の下流端の周りとに配置されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム（７２）。
12. 前記低温プラズマ発生手段は、ＡＣ電流発生器（４６）に接続された少なくとも一対の電極（４２、４２’）を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム（１０、５０、７２）。
13. 前記一対の電極のそれぞれの電極（４２、４２’）は、一方が他方に関して半径方向に整列配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム（１０、５０、７２）。
14. 前記一対の電極のそれぞれの電極（４２、４２’）は、一方が他方に関して半径方向にずれていることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム（１０、５０、７２）。
15. 前記低温プラズマ発生手段は、ＡＣ電流発生器（４６）に接続されたソレノイド巻き線を含むことを特徴とする、請求項３、４、７、９、１０のいずれか一項に記載のシステム（１０、５０、７２）。
16. 前記ＡＣ電流発生器（４６）は２から５０ナノ秒の持続時間の電気パルスを発することを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載のシステム（１０、５０、７２）。

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