JP2018059915A - 排気ガス温度検出プローブアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス温度検出プローブアセンブリを提供する。
【解決手段】温度検出プローブアセンブリ（３８）が、先端部（６６）と、先端部（６６）のより近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部（７６）とを有する温度検出プローブ（５４）、および温度検出プローブ（５４）の少なくとも一部の周囲に配置されたハウジング（５２）を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス温度検出プローブアセンブリに関する。

タービンエンジン、とくには燃焼タービンエンジンとしても知られるガスタービンエンジンは、多数のタービンブレードへとエンジンを通過する燃焼ガスの流れからエネルギを抽出する回転機関である。ガスタービンエンジンは、陸上および海上での移動ならびに発電に使用されてきたが、ヘリコプタを含む飛行機などの航空用途に最も一般的に使用されている。飛行機において、ガスタービンエンジンは、航空機の推進に使用される。

ガスタービンエンジンの運転時に、燃料が燃やされ、タービンの組を通って回転エネルギおよび推力をもたらす。ガスタービンエンジンの所望のとおりの動作を保証または確認するために、排気ガスに曝される温度センサプローブをエンジンに備えることができる。温度センサは、排気ガス流の温度を測定することができ、エンジン制御システムなどの別のシステムに信号または測定値をもたらすことができる。温度センサの出力を、例えば、下流のエンジン構成要素を、それらの設計上の能力を超える温度から保護するために、使用することができる。

米国特許第４，４９９，３３０号明細書

一態様において、本開示は、温度検出プローブアセンブリに関し、この温度検出プローブアセンブリは、先端部と、先端部のより近くに位置する第１の熱電対接合部と、温度検出プローブアセンブリの取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部とを有する温度検出プローブ、および温度検出プローブの少なくとも一部分の周囲に配置され、第１の熱電対接合部の少なくとも一部分から第２の熱電対接合部の少なくとも一部分まで延びる長い入口開口をハウジングの前方側に有するとともに、後方側に配置された出口開口の組を有しているハウジングを含む。空気の流れが、長い入口開口から出口開口の組までハウジングを通って流れ、ハウジングを通過する流路を確立させ、長い入口開口は、第１の断面積を有し、出口開口の組は、組み合わせの第２の断面積を有し、第１の断面積および第２の断面積は、実質的に同じである。

別の態様において、本開示は、温度検出プローブアセンブリに関し、この温度検出プローブアセンブリは、先端部と、先端部のより近くに位置する第１の熱電対接合部と、温度検出プローブアセンブリの取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部とを有する温度検出プローブ、および温度検出プローブの少なくとも一部分の周囲に配置された金属合金ハウジングを含み、金属合金ハウジングは、先端部の付近から第２の熱電対接合部と取り付け点との間の場所まで延びる入口開口の組をハウジングの前方側に有するとともに、入口開口の組からハウジングにおいてオフセットされた開口ペアを含む出口開口の組を有している。空気の流れが、入口開口の組からオフセットされた出口開口の組までハウジングを通って流れ、ハウジングを通過する流路を確立させる。

さらに別の態様において、本開示は、航空機用エンジンにおける使用のための排気ガス温度検出プローブアセンブリであって、先端部と、先端部のより近くに位置する第１の熱電対接合部と、温度検出プローブアセンブリの取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部とを有する温度検出プローブ、および温度検出プローブの少なくとも一部分の周囲に配置され、エンジン内のタービンケースに動作可能に結合するように構成されており、第１の熱電対接合部の少なくとも一部分から第２の熱電対接合部の少なくとも一部分まで延びる入口開口の組を有するとともに、出口開口の組を有しているハウジングを含む排気ガス温度検出プローブアセンブリに関する。加熱された空気の流れが、入口開口の組から出口開口の組までハウジングを通って流れ、ハウジングを通過する流路を確立させ、出口開口の組の出口開口の数は、入口開口の組の入口開口の数よりも大きく、入口開口の組は、出口開口の組の断面積と実質的に同じ断面積を有し、出口開口の組の構成は、ハウジングの応力を軽減するように構成されている。

本明細書に記載の種々の態様によるガスタービンエンジンの断面図を示している。 本明細書に記載の種々の態様による図１のガスタービンエンジンのための温度検出プローブアセンブリの斜視図を示している。 本明細書に記載の種々の態様による図２の温度検出プローブアセンブリの別の斜視図を示している。 本明細書に記載の種々の態様による図２の温度検出プローブアセンブリの別の斜視図であり、図３に示した図に対して垂直である。 本明細書に記載の種々の態様による図３の線Ｖ−Ｖに沿って得た温度検出プローブアセンブリの断面図を示している。 本明細書に記載の種々の態様による図５の温度検出プローブアセンブリの軸方向に分解された断面図を示している。 本明細書に記載の種々の態様による図４の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って得た温度検出プローブアセンブリの断面図を示している。 本明細書に記載の様々な態様による温度検出プローブアセンブリの典型的な温度勾配を示している。

本開示の態様は、温度の検出によって実行される機能、あるいは温度の検出の使用可能な出力、結果、または機能に関係なく、温度を検出するための任意の温度検出の用途、環境、装置、または方法において実施することができる。本開示のいくつかの態様が、航空機用のガスタービンエンジンに関して説明されるが、本開示の態様が、それらに限定されるものではなく、他の移動の用途ならびに非移動の産業、商業、および居住の用途など、航空機以外の用途に広く応用されることを、理解できるであろう。

種々の構成要素「の組」が説明されるが、「組」は、ただ１つの構成要素など、それぞれの構成要素を任意の数だけ含んでよいことを、理解できるであろう。本明細書において使用されるとき、用語「軸方向の」または「軸方向に」は、該当の構成要素の長手軸に沿った次元を指す。また、本明細書において使用されるとき、用語「径方向の」または「径方向に」は、中心の長手軸、外周、あるいは軸に対して配置された円形または環状の構成要素の間を延びる次元を指す。本明細書に記載のとおりの温度の「検出」または「測定」は、温度自体を直接的に検出または測定するよりもむしろ、温度を表す値または温度に関する値を割り出すことを含むことができる。検出または測定された値を、追加の構成要素へともたらすことができる。例えば、値をコントローラへともたらすことができ、コントローラは、値について処理を実行し、温度またはこの温度を表す電気特性を割り出すことができる。

さらに、本明細書において使用される「熱電対」または「熱電対接合部」は、２つの異種金属からなる１つ以上の接合部を備えており、そのような接合部が、そのような接合部が曝される温度または媒体の尺度を表し、あるいはそのような尺度に関係する電位を生じさせる温度検出装置である。本開示の一態様において、接合部は、ケーシングまたはハウジング内に取り付けられ、組み合わせにおいて「熱電対プローブ」を形成することができる。これに限られるわけではないが、熱電対構造の一例を、米国特許第３，００７，９９０号に見つけることができる。

方向についてのあらゆる言及（例えば、径方向、軸方向、上部、下部、上方、下方、左、右、横、前、後ろ、最上部、最下部、上、下、垂直、水平、時計方向、反時計方向、前方、後方）は、あくまでも読み手による本開示の理解を助けるための識別の目的で使用されているにすぎず、とりわけ本開示の位置、向き、および使用に関して、限定を生じさせるものではない。接続についての言及（例えば、取り付け、結合、接続、および接合）は、広く解釈されるべきであり、とくに示されない限りは、構成要素の集まりの間の介在の部材および構成要素間の相対移動を含むことができる。したがって、接続についての言及は、必ずしも２つの構成要素が直接的に接続されて互いに不動の関係にあることを意味しない。例示される図面は、あくまでも説明を目的とするものであり、添付の図面に反映される寸法、位置、順序、および相対サイズは、様々に変更可能である。

図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略の断面図である。エンジン１０は、下流への順次の流れの関係にて、ファン１４を備えるファン部分１２と、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機１６と、高圧（ＨＰ）圧縮機１８と、燃焼部分２０と、ＨＰタービン２２と、ＬＰタービン２４とを備えている。ＨＰシャフトまたはスプール２６が、ＨＰタービン２２をＨＰ圧縮機１８へと駆動可能に接続し、ＬＰシャフトまたはスプール２８が、ＬＰタービン２４をＬＰ圧縮機１６およびファン１４へと駆動可能に接続する。ＨＰタービン２２は、ＨＰタービンロータ３０を備え、ＨＰタービンロータ３０は、ロータ３０の周囲に取り付けられたタービンブレード３２を有する。ブレード３２は、ブレードプラットフォーム３４から径方向外側へと、径方向外側のブレード先端３６まで延びている。ガスタービンエンジン１０は、概略的な輪郭にて図示され、エンジン１０の後部の付近に位置し、すなわちファン部分１４の下流に位置している温度検出プローブアセンブリ３８をさらに含むことができる。１つの典型的な構成（ただし、これに限られない）において、温度検出プローブアセンブリ３８を、燃焼部分２０の下流かつＨＰタービン２２またはＬＰタービン２４の少なくとも一方の上流に直列に配置することができる。別の典型的な構成（ただし、これに限られない）において、ガスタービンエンジン１０は、エンジン１０の周囲に配置され、例えばエンジン１０の外周を巡って間隔を空けて配置された温度検出プローブアセンブリ３８の組を備えることができる。

ガスタービンエンジン１０は、ファン１４の回転によって空気をＨＰ圧縮機１８へと引き込むように動作することができる。ＨＰ圧縮機１８は、空気を圧縮し、圧縮された空気を燃焼部分２０へともたらす。燃焼部分２０において、圧縮された空気は、燃料と混合され、空気／燃料混合物が、燃やされ、膨張し、高温の排気ガスを生み出す。エンジン排気ガスは、温度検出プローブアセンブリ３８の組を通過し、ＨＰおよびＬＰタービン２２，２４を通って下流へと進み、ＨＰスプール２６およびＬＰスプール２８を駆動するための機械的な力を生み出す。最後に、排気ガスを、エンジン１０の後部から放出することができる。

図２は、これに限られるわけではないが、図１の温度検出プローブアセンブリ３８の斜視図を示している。図示のとおり、温度検出プローブアセンブリ３８は、第１の部分４０および第２の部分４２を含むことができる。これらに限られるわけではないが、温度検出プローブアセンブリ３８のいくつかの態様においては、第１の部分４０が、排気ガス通路４４の外側または外部に配置される一方で、第２の部分４２が、排気ガス通路４４内に配置され、あるいは排気ガス通路４４に曝されてよい。図示の例において、排気ガス通路４４は、少なくとも一部分がガスタービンエンジン壁４６によって定められてよい。これらに限られるわけではないが、エンジン壁４６のいくつかの構成は、内側エンジン壁、外側エンジン壁、低圧タービンケース、タービンケース壁、などを含むことができる。これに限られるわけではないが、温度検出アセンブリ３８のいくつかの構成においては、アセンブリ３８、第１の部分４０、または第２の部分４２のうちの少なくとも１つを、例えば、エンジン壁４６によって支持することができ、エンジン壁４６に結合させることができ、あるいはねじ４８の組などの機械式の固定具によってエンジン壁４６に固定することができる。単一の連続したエンジン壁４６が図示されているが、壁４６は、これに限られるわけではないが低圧タービンケースなど、独立した壁の組を含むことができる。

これらに限られるわけではないが、温度検出プローブアセンブリ３８のいくつかの態様は、別の温度検出プローブアセンブリ３８またはコントローラモジュール５０に通信可能に結合させることが可能である。コントローラモジュール５０を、検出または測定された温度あるいは検出または測定された温度を代表する値または表す値を温度検出プローブアセンブリ３８から受信し、温度に基づいて追加の機能または別の機能を実行するように構成することができる。これらに限られるわけではないが、本開示のいくつかの構成において、コントローラモジュール５０は、温度検出プローブアセンブリ３８の組から受信され、あるいは温度検出プローブアセンブリ３８の組によってもたらされる温度または値を合計し、平均し、あるいはマージすることができる。

図３は、温度検出プローブアセンブリ３８の第２の部分４２の拡大透視図を示しており、実質的にガスタービンエンジンの動作時の排気ガスの移動方向を向いている。温度検出プローブアセンブリ３８は、温度検出プローブ５４と、温度検出プローブ５４の少なくとも一部の周りに配置されたハウジング５２とを含むことができる。これに限られるわけではないが、本開示の一態様において、温度検出プローブアセンブリ３８、ハウジング５２、および温度検出プローブ５４は、共通の長手軸６４を定めることができる。

ハウジング５２は、エンジン壁４６に近接して位置する第１の端部５６と、離れて位置する第２の端部５８とを含むことができる。第１の端部５６は、温度検出プローブアセンブリ３８をエンジン壁４６に対して位置決めするための取り付け点を含むことができる。これに限られるわけではないが、一構成において、取り付け点は、肩部５９を含むことができる。これに限られるわけではないが、一構成において、ハウジング５２は、第１の端部５６が第１の外径を含み、第２の端部５８が第１の直径よりも小さい第２の外径を有するおおむね円錐形の構造を有する外面６０を含むことができる。これに限られるわけではないが、この構成において、外面６０のおおむね円錐形の構造は、第１の外径から第２の外径へと直線的に推移することができる。ハウジング５２または外面６０の構成にかかわらず、ハウジング５２のいくつかの態様は、これらに限られるわけではないが、例えば実質的に円筒形の形状を有するなど、温度検出プローブ５４を受け入れる大きさの内部を含むことができる。これに限られるわけではないが、一構成において、ハウジング５２は、金属合金材料、または強度に関して構成または選択された別の材料を含むことができる。ハウジング５２の材料強度、形態、輪郭、形状、などを、排気ガス通路４４の高温環境における経時的変形などの振動または変形に抗するように選択または製造することができる。これに限られるわけではないが、別の例においては、ハウジング５２を、引き起こされる周期的負荷、空気力学的負荷、などによる応力を低減するように選択または製造することができる。一例において、排気ガス通路４４は、摂氏１１００度を超える温度に曝される可能性がある。

さらに、ハウジング５２は、排気ガス通路４４を移動する空気または排気ガスの少なくとも一部を受け入れるように配置された少なくとも１つの長い入口開口６２を含むことができる。本明細書において使用されるとき、ハウジング５２のうちの入口開口６２を有する部分は、ハウジング５２の「前方」側と呼ばれ、ハウジングの反対側は、ハウジング５２の「後方」側である。これに限られるわけではないが、一例において、入口開口６２は、ハウジング５２の長手軸６４に沿って延びる連続的な開口を含むことができ、したがって内在する温度検出プローブ５４のうちの入口開口６２に対応する長い部分が、排気ガス通路４４を移動する排気ガスに直接曝される。これに限られるわけではないが、別の例において、入口開口６２は、ハウジング５２の長手軸６４のそれぞれの部分に沿って延びる入口開口６２の組を含むことができ、したがって内在する温度検出プローブ５４のうちの入口開口６２の組に対応する関連の部分が、排気ガス通路４４を移動する排気ガスに直接曝される。これに限られるわけではないが、一構成において、入口開口６２は、０．００３１７５メートルの長さ、０．００００７６２メートルの幅、および０．００００７６１平方メートルの断面積を有する実質的に卵形の開口を含むことができる。入口開口６２の幾何学的構成および面積の構成について、さらなる構成も可能である。

温度検出プローブ５４は、ハウジング５２の内部を通って延在することができ、第２の端部５８に近接して位置する先端部６６を含むことができる。これに限られるわけではないが、温度検出プローブアセンブリ３８、温度検出プローブ５４、またはハウジング５２の一構成においては、温度検出プローブ５４を、先端部６６がエンジン壁４６の反対側においてハウジング５２よりも延びるように配置または構成することができる。１つの典型的な構成において、先端部６６は、ハウジング５２の長手軸６４と同心の開口６８を通ってハウジング５２よりも延びることができる。

図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿って得た斜視図からの温度検出プローブアセンブリ３８の別の斜視図（ただし、これに限られるわけではない）を示している。図示のとおり、ハウジング５２の後方側は、長手軸６４に沿って間隔を空けつつ位置する流体通路または出口開口７０の組をさらに含むことができる。これに限られるわけではないが、本開示の一態様において、出口開口７０の組は、長手軸６４のうちの長い入口開口６２に対応する部分または関連する部分に沿って、間隔を空けつつ位置している。入口開口６２と出口開口７０の組とが協働して、入口開口６２によって受け取られた空気または排気ガスの流れ（矢印７２によって示される）がハウジング５２を通って出口開口７０の組へと流れるハウジング流路を定める。この意味で、温度センサプローブ５４の少なくとも一部分を、入口開口６２および出口開口７０の組によって排気ガス流７２に曝すことができる。これに限られるわけではないが、ハウジング５２の一構成において、出口開口７０の組の出口開口の数は、入口開口６２の組の入口開口の数よりも多くてよい。これに限られるわけではないが、別の構成においては、出口開口７０の組を、ハウジング５２の応力、振動、変形、引き起こされる周期的負荷、空気力学的負荷、などを低減するように構成することができる。

これらに限られるわけではないが、本開示のいくつかの態様において、出口開口７０の組は、長手軸６４に沿って等間隔に配置されてよい。さらに、図４の斜視図は、長手軸６４に沿った出口開口７０の組を１つ示しているが、ハウジング５２のいくつかの態様においては、これらに限られるわけではないが、対応する第２の出口開口７０の組を、ハウジング５２の反対側に同様に設定でき、配置でき、反映でき、あるいは位置させることができる。これに限られるわけではないが、一構成において、出口開口７０は、実質的に円形の形状であってよく、０．００００７９３５平方メートルの断面積を含むことができる。出口開口７０の組の幾何学的構成および面積の構成について、さらなる構成も可能である。これらに限られるわけではないが、さらなる構成において、入口開口６２の断面積は、出口開口７０の組の組み合わせまたは合計の断面積とほぼ等しいか、あるいは実質的に同じであってよい。

図５は、図３の線Ｖ−Ｖに沿って得た温度検出プローブアセンブリの断面図を示している。図示のとおり、温度検出プローブ５４は、先端部６６またはハウジング５２の第２の端部５８の付近または近傍に位置する第１の熱電対接合部７４などの第１の温度センサと、第１の熱電対接合部７４と比べて第１の端部５６またはエンジン壁４６の付近または近傍に位置する第２の熱電対接合部７６などの第２の温度センサとを含むことができる。これに限られるわけではないが、本開示の一態様において、第１の熱電対接合部７４は、ガスタービンエンジンに備えられる場合、低圧タービンスパン半径の約３５％に存在するように配置され、あるいは位置することができる。本明細書において使用されるとき、「低圧タービンスパン半径」は、低圧タービンのハブから径方向に離れて位置するケースまたは壁（例えば、低圧タービンケース壁）まで測定されるスパンを含むことができる。本開示の別の態様において、「低圧タービンスパン半径」は、排気ガス流路の径方向のスパンを含むことができる。これに限られるわけではないが、本開示の別の態様において、第２の熱電対接合部７６は、ガスタービンエンジンに備えられる場合、低圧タービンスパン半径の約６５％に存在するように配置され、あるいは位置することができる。これに限られるわけではないが、本開示のさらに別の態様において、第１の熱電対接合部７４は、先端部６６から測定される排気ガス通路４４内の温度検出プローブアセンブリ３８の長さの約３５％に存在するように配置され、あるいは位置することができる。これに限られるわけではないが、本開示の別の態様において、第２の熱電対接合部７６は、先端部６６から測定される排気ガス通路４４内の温度検出プローブアセンブリ３８の長さの約６５％に存在するように配置され、あるいは位置することができる。

第１または第２の熱電対接合部７４，７６、あるいはこれらの組み合わせを、それぞれの接合部７４，７６の付近において温度センサプローブ５４に連絡する気流の温度を動作可能に検出するように構成することができる。さらに、第１または第２の熱電対接合部７４，７６を、例えば、第１または第２の熱電対接合部７４，７６のうちの少なくとも１つによって検出された温度を精査し、処理し、分析し、平均し、平衡させ、あるいは他のやり方で決定することができる図２のコントローラモジュール５０などのコントローラモジュールに、通信可能に結合させることができる。本開示のいくつかの態様は、温度検出プローブアセンブリ３８が、処理、検出、または決定の動作のうちの少なくとも一部を実行するように構成されたコントローラモジュールを含み、そのようなコントローラモジュールが、前記動作の出力を温度検出プローブアセンブリ３８から離れた別のコントローラモジュールへともたらすようにさらに構成されている構成を含むことができる。

本開示の一態様において、ハウジング５２の入口開口６２は、第１の熱電対接合部７４の少なくとも一部分から第２の熱電対接合部７６の少なくとも一部分まで延びている。本開示の別の態様において、ハウジング５２の入口開口６２は、ハウジング５２の第１の端部５６または肩部５９に向かって第２の熱電対接合部７６を過ぎて延びている。これに限られるわけではないが、別の構成において、ハウジング５２の入口開口６２は、先端部６６またはハウジング５２の第２の端部５８に向かって第１の熱電対接合部７４を過ぎて延びている。

これに限られるわけではないが、一構成において、第２の熱電対接合部７６は、第１の端部５６に近接する入口開口６２の終端部から第１の距離８０だけ離れていてよい。これに限られるわけではないが、別の構成において、第１の熱電対接合部７４は、第２の端部５８に近接する入口開口６２の終端部から第２の距離８６だけ離れていてよい。図示のとおり、第１の距離８０は、隣同士の出口開口７０を隔てる第３の距離８２よりも大きくてよい。同様に、第２の距離８６は、隣同士の出口開口７０を隔てる第３の距離８２よりも小さくてよい。

出口開口７０の組を、温度検出プローブアセンブリ３８を通過する気流の所定または既知の量を保証し、あるいは可能にするように、配置し、位置させ、あるいは構成することができる。可能にされる所定または既知の量の空気流を、温度検出プローブ５４、第１の熱電対接合部７４、第２の熱電対接合部７６、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つによる排気ガスの正確な温度検出を保証し、あるいは可能にするように、選択することができる。例えば、これに限られるわけではないが、本開示の一態様においては、第１の出口開口８４を、第２の熱電対接合部７６と、第１の端部５６、肩部５９、または第１の端部５６に近い入口開口６２の終端部との間に、例えば設置し、位置させ、配置し、あるいは設定することができる。

本開示のいくつかの態様において、エンジン壁４６の少なくとも一部分は、排気ガス通路４４の排気ガスよりも低い温度を有し得る。これは、例えば、エンジン壁４６からエンジンの別のより低温の部分、ケーシング、パイロン、航空機、またはエンジン外部の環境暴露への熱伝導経路に起因し得る。エンジン壁４６の特定の熱伝導経路にかかわらず、壁４６からの熱の除去は、ハウジング５２または温度検出プローブ５４の少なくとも一方のエンジン壁４６に近接した部分から熱をさらに除去し得る。より低温のエンジン壁４６によってハウジング５２または温度検出プローブ５４の少なくとも一方から熱が除去されることで、第１または第２の熱電対接合部７４，７６の少なくとも一方の温度検出能力の正確さがゆがみ、ひずみ、あるいは他のかたちで影響を被る可能性がある。換言すると、エンジン壁４６を介した熱の除去が、温度検出プローブアセンブリ３８に温度勾配を生じさせ、検知される温度または温度の読み取り値を、気流または排気ガスの「真の」温度よりも低くする可能性がある。

これらに限られるわけではないが、本開示のいくつかの態様において、入口開口６２、出口開口７０の組、またはこれらの組み合わせの構成は、温度検出プローブ５４、第１の熱電対接合部７４、第２の熱電対接合部７６、ハウジング５２、またはこれらの組み合わせの温度勾配を、エンジン壁４６またはハウジング５２の第１の端部５６から離れるように、例えばずらし、あるいは調節するように構成されてよい。換言すると、温度検出プローブアセンブリ３８の構成は、エンジン壁４６のより低い温度が、温度検出プローブ５４またはプローブアセンブリ３８の温度検出能力の正確さに影響を及ぼさず、あるいはあまり影響を有さないように構成される。

これに限られるわけではないが、１つの典型的な構成において、第２の熱電対接合部７６は、（例えば、ハウジング５２の円錐形の形状ゆえに）第１の熱電対接合部７４と比較して、ハウジング５２のより多くのマスまたは体積で取り囲まれることになり得る。この例において、第２の熱電対接合部７６は、第１の熱電対接合部７４と比較して、温度変化への応答により長い時間を要し、あるいは温度変化の検出により長い時間を要し得る（すなわち、「タイムラグ」）。この現象は、ハウジング５２によって受け入れられる気流のうちのより多くの量または増やされた量、より大きな割合、あるいはより大きな比が、第１の熱電対接合部７４と比べて第２の熱電対接合部７６へと相対的に向けられるように、温度検出プローブアセンブリ３８を構成、配置、または設定することによって、対処または軽減され得る。

例えば、これに限られるわけではないが、一構成においては、入口開口６２によって受け入れられる気流全体のうちの約３分の１を、入口開口６２の下部８７によって受け入れることができる一方で、気流全体のうちの残りの３分の２（例えば、下部８７によって受け入れられる気流の量の２倍）を、入口開口６２の上部８８によって受け入れることができる。この意味で、第１および第２の熱電対接合部７４，７６が、ほぼまたは実質的に同じまたは等しい検出または応答時間を有するように、下部８７を、気流を第１の熱電対接合部７４へと少なくとも部分的に届けるように配置または構成することができる一方で、上部８８を、気流を第２の熱電対接合部７６へと少なくとも部分的に届けるように配置または構成することができる。換言すると、構成を、上述のように第１および第２の熱電対接合部７４，７６の間のタイムラグを低減し、あるいは減少させるように配置または選択することができる。

第２の熱電対接合部７６を、入口開口６２のうちのハウジング５２の第１の端部５６または肩部５９に最も近い部分から第１の距離８０だけ離し、したがって温度検出プローブアセンブリ３８またはエンジン壁４６の温度勾配からさらに遠ざけて配置することで、第２の熱電対接合部７６は、気流または排気ガスのより正確な温度を読み取り、検出し、あるいは測定することができる。この構成は、第１の出口開口８４を、第２の熱電対接合部７６とハウジング５２の第１の端部５６に近い入口開口６２の終端部との間に設置または配置することにより、入口開口６２の終端部の近くで受け入れられた気流を温度検出プローブ５４に衝突させ、第２の熱電対接合部７６から離れた第１の出口開口８４によってハウジングから排出することで、さらに強化される。エンジン壁４６の近くで受け入れられた気流を、第２の熱電対接合部７６から遠ざかるように導くことにより、エンジン壁４６に起因する温度勾配は遠ざけられ、あるいは第２の熱電対接合部７６によって捕らえられる温度測定値の精度に影響を及ぼす作用が弱くなる。

図６は、温度検出プローブ５４が長手軸６４に沿ってハウジング５２から移動させられた温度検出プローブアセンブリ３８の軸方向に分解された断面図を示している。図６の図は、図４および図５の斜視図に対して、ハウジング５２の後方の出口開口７０の組を示している。

図７は、図４の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って得た温度検出プローブアセンブリ３８の断面図を示しており、ハウジング５２の両側の対をなす出口開口７０の組を示している。図示のように、出口開口７０の組を、入口開口６２と比較して、入口開口６２の軸９２から径方向にオフセットさせることができ、あるいは長手軸６４から径方向にオフセットさせることができる。これに限られるわけではないが、一構成においては、出口開口７０の組を、入口開口６２の軸９２または長手軸６４の両側において同じだけ径方向にオフセットさせることができる。これに限られるわけではないが、一構成においては、出口開口７０の組を、約１２０度だけ入口開口６２から径方向にオフセットさせることができる。鏡像の関係にあり、一致しており、あるいはペアにされている出口開口７０の断面図が１つだけ示されているが、本開示のいくつかの態様においては、さらなる出口開口７０が、長手軸６４の長さに沿って鏡像の関係にあり、一致しており、あるいはペアにされていてよい。

図示のとおり、加熱後、燃焼後、または排気の流れまたはストリームなどの気流（矢印９０として示されている）の一部を、ハウジング５２の入口開口６２によって受け入れることができる。入口開口６２または温度検出プローブアセンブリ３８を、入口開口６２が基本的に温度を検出すべき気流９０または空気のストリームの流れ軸に沿って配置されるように、例えば位置させ、あるいは配置することができる。気流９０は、ひとたび入口開口６２によって受け入れられると、長手軸６４に向かうなど、温度検出アセンブリ３８の中心に向かって導かれ、温度検出プローブ５４に連通する。これに限られるわけではないが、本開示の一態様において、気流９０は、温度センサプローブ５４に衝突することができる。温度センサプローブ５４への衝突を、入口開口６２の長さに沿って、第１の熱電対接合部７４の近傍、第２の熱電対接合部７６の近傍、あるいはこれらの組み合わせまたは一部においてもたらすことができる。次いで、気流９０は、温度センサプローブ５４の周囲に向けられ、あるいは温度センサプローブ５４を巡って導かれ、径方向にオフセットされた出口開口７０の少なくとも１つを通って放出または排気される。

図８は、図５に関して既に説明したエンジン壁４６による熱の除去またはエンジン壁４６に対する熱の除去に起因する温度検出プローブ５４の温度勾配の典型的な図を示している。図示のとおり、温度検出プローブ５４の第１の端部９４は、より明るい陰影とされており、第１の端部９４と比べて「より高い」温度測定値を表すためにより暗い陰影とされている温度検出プローブ５４の第２の端部９６と比較して、「より低い」温度測定値を表している。図示の例は、本明細書において説明したように、より低温のエンジン壁４６を通じた熱損失に起因する代表的な温度勾配を理解のために示す１つの図にすぎず、これに限られるわけではない。さらなる勾配も考えられる。

上述の図に示した態様および構成に加えて、他の多数の可能な態様および構成が、本開示によって想定される。さらに、種々の構成要素の設計および配置を、いくつかの異なる構成を実現できるように整理し直すことができる。

本明細書に開示の態様は、温度検出プローブアセンブリを提供する。上記の態様において実現することができる１つの利点は、本開示の上述の態様においては、温度検出プローブアセンブリが、より多くの気流または大量の気流をハウジングを通って温度検出プローブに衝突させることを可能にし、排気温度の変化に対するより高速なセンサ応答をもたらす点にある。構成は、より大きな入口開口および追加の出口開口を含むことができる。さらに、入口開口と出口開口との間の断面積の調和が、プローブアセンブリの内部における流量またはプローブアセンブリを通る流量を、目的に合った流量または所望の流量にすることができる。より高速な応答の温度検出プローブアセンブリは、エンジン動作条件の変化に対するエンジン制御システムのより素早い応答を可能にし、タービンのベーンおよびブレードなどの下流の構成要素を保護しつつ、より高い温度またはより大きな燃焼出力での運転によってガスタービンエンジンの運転効率を高めることができる。このように、より高速な応答の温度検出プローブアセンブリは、エンジン制御システムが排気ガス温度における熱スパイクをより迅速に検出および考慮して、それらを相応に補償するようにエンジンの動作を調整できるため、エンジンを下流の構成要素の熱限界の近くで動作させることができる。

さらに、第１の熱電対接合部に対し、第２の熱電対接合部によって受け取られる気流または第２の熱電対接合部の付近の気流の構成を調整することによって、第１および第２の熱電対接合部の間の応答時間の差が低減される。応答時間の差の低減は、温度測定値のより高速な読み取りにおけるさらなる信頼を可能にする。１つの典型的な構成においては、流路温度のステップ変化に対する第１および第２の接合部の第１の時定数のばらつきが、従来からの温度検出プローブアセンブリにおける約１５〜１６％の間の第１の時定数と比べ、約０．５％へと低減される。

本開示の上述の態様の別の利点として、入口および出口の断面積および位置を目的に合わせてあつらえ、あるいは最適化することにより、用途、設置、または特定の実施形態に必要な構造強度を維持しつつ、ハウジングを通過する排気ガスの質量流量をより大きくできることが挙げられる。

本開示の上述の態様のさらに別の利点として、第２の熱電対接合部が、エンジン壁または他の熱除去要素によって生成される熱勾配からより遠くに離されることが挙げられる。熱電対接合部の熱勾配から離すことにより、従来からの温度検出プローブアセンブリと比較して、より正確または「真の」温度検出が可能になる。１つの典型的な構成においては、従来からのプローブアセンブリにおける第２の熱電対接合部の温度誤差（華氏約２〜５度の誤差）を、上述の態様を使用して華氏１度未満に減らすことができる（５５〜８２％の改善）。

既に説明されていない限りにおいて、種々の実施形態の異なる特徴および構造を、所望に応じて互いに組み合わせて使用することができる。或る特徴が、必ずしも全ての実施形態には示されないかもしれないが、それは説明を簡潔にするためであり、存在しなくてもよいとの解釈を意味しない。したがって、異なる実施形態の種々の特徴を所望のとおりに混ぜ合わせて縁組みすることによって新たな実施形態を形成することが、そのような新たな実施形態が明示的に説明されているか否かにかかわらず可能である。本明細書に記載されている特徴の組み合わせまたは置換は、本開示に包含される。

本明細書においては、本開示の態様を最良の様態を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本開示の態様の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば想到できる他の実施例も含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
［実施態様１］
温度検出プローブアセンブリ（３８）であって、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）のより近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部（７６）とを有する温度検出プローブ（５４）と、
前記温度検出プローブ（５４）の少なくとも一部分の周囲に配置され、前記第１の熱電対接合部（７４）の少なくとも一部分から前記第２の熱電対接合部（７６）の少なくとも一部分まで延びる長い入口開口（６２）をハウジングの（５２）前方側に有するとともに、前記ハウジングの（５２）の後方側に配置された出口開口（７０）の組を有しているハウジング（５２）と
を備えており、
空気の流れが、前記長い入口開口（６２）から前記出口開口（７０）の組まで前記ハウジング（５２）を通って流れ、前記ハウジング（５２）を通過する流路を確立させ、前記長い入口開口（６２）は、第１の断面積を有し、前記出口開口（７０）の組は、組み合わせの第２の断面積を有し、前記第１の断面積および前記第２の断面積は、実質的に同じである、温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様２］
前記長い入口開口（６２）は、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点に向かって前記第２の熱電対接合部（７６）を過ぎて延びている、実施態様１に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様３］
前記出口開口（７０）の組のうちの少なくとも１つは、前記第２の熱電対接合部（７６）と当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点との間に位置する、実施態様２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様４］
前記長い入口開口（６２）は、前記先端部（６６）に向かって前記第１の熱電対接合部（７４）を過ぎて延びている、実施態様２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様５］
前記長い入口開口（６２）は、基本的に空気の流れの流れ軸に沿って位置している、実施態様１に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様６］
前記出口開口（７０）の組は、前記長い入口開口（６２）の軸（９２）から径方向にオフセットされている、実施態様５に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様７］
前記出口開口（７０）の組は、前記長い入口開口（６２）の軸（９２）の両側において径方向にオフセットされている、実施態様６に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様８］
前記両側にオフセットされた出口開口（７０）は、前記ハウジング（５２）の長さに沿ってペアにされている、実施態様７に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様９］
前記出口開口（７０）の組のうちの少なくとも１つの出口開口（８４）は、前記第２の熱電対接合部（７６）と当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点との間に位置する、実施態様７に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１０］
前記長い入口開口（６２）は、０．００３１７５メートルの長さおよび０．０００７６２メートルの幅である、実施態様７に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１１］
温度検出プローブアセンブリ（３８）であって、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）のより近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部（７６）とを有する温度検出プローブ（５４）と、
前記温度検出プローブ（５４）の少なくとも一部分の周囲に配置された金属合金ハウジング（５２）であって、前記先端部（６６）の付近から前記第２の熱電対接合部（７６）と前記取り付け点との間の場所まで延びる入口開口の組を該ハウジング（５２）の前方側に有するとともに、前記入口開口の組から該ハウジングにおいてオフセットされた開口ペアを含む出口開口（７０）の組を有している金属合金ハウジング（５２）と
を備えており、
空気の流れが、前記入口開口の組から前記オフセットされた出口開口（７０）の組まで前記ハウジング（５２）を通って流れ、前記ハウジング（５２）を通過する流路を確立させる、温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１２］
前記入口開口の組は、長い入口開口（６２）を備える、実施態様１１に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１３］
前記出口開口（７０）の組の前記開口ペアのうちの少なくとも１つは、前記第２の熱電対接合部（７６）と当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点との間に位置する、実施態様１２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１４］
前記長い入口開口（６２）は、基本的に空気の流れの流れ軸に沿って位置しており、前記出口開口（７０）の組は、前記長い入口開口（６２）の軸（９２）の両側において実質的に同じだけ径方向にオフセットされている、実施態様１２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１５］
前記出口開口（７０）の組は、１２０度だけ前記長い入口開口（６２）から径方向にオフセットされている、実施態様１４に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１６］
航空機用エンジンにおける使用のための排気ガス温度検出プローブアセンブリ（３８）であって、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）のより近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部（７６）とを有する温度検出プローブ（５４）と、
前記温度検出プローブ（５４）の少なくとも一部分の周囲に配置され、前記エンジン内のタービンケースに動作可能に結合するように構成されており、前記第１の熱電対接合部（７４）の少なくとも一部分から前記第２の熱電対接合部（７６）の少なくとも一部分まで延びる入口開口の組を有するとともに、出口開口（７０）の組を有しているハウジング（５２）と
を備えており、
加熱された空気の流れが、前記入口開口の組から前記出口開口（７０）の組まで前記ハウジング（５２）を通って流れ、前記ハウジング（５２）を通過する流路を確立させ、
前記出口開口（７０）の組の出口開口の数は、前記入口開口の組の入口開口の数よりも大きく、前記入口開口の組は、前記出口開口（７０）の組の断面積と実質的に同じ断面積を有し、前記出口開口（７０）の組の構成は、前記ハウジング（５２）の応力を軽減するように構成されている、排気ガス温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１７］
前記入口開口の組および前記出口開口（７０）の組の構成は、前記加熱された空気の流れが前記取り付け点のより近くで前記温度検出プローブ（５４）に衝突することを可能にする、実施態様１６に記載の排気ガス温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１８］
前記入口開口の組は、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点に向かって前記第２の熱電対接合部（７６）を過ぎて延びている単一の長い入口開口（６２）を備える、実施態様１７に記載の排気ガス温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１９］
前記出口開口（７０）の組のうちの少なくとも１つの出口開口（８４）は、前記第２の熱電対接合部（７６）と当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点との間に位置する、実施態様１８に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様２０］
前記長い入口開口（６２）は、基本的に前記空気の流れの流れ軸に沿って位置し、前記出口開口（７０）の組は、前記長い入口開口（６２）の軸（９２）の両側において径方向にオフセットされている、実施態様１９に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。

１０ ガスタービンエンジン
１２ ファン部分
１４ ファン
１６ ＬＰＣ
１８ ＨＰＣ
２０ 燃焼部分
２２ ＨＰＴ
２４ ＬＰＴ
２６ ＨＰスプール
２８ ＬＰスプール
３０ ＨＰＴロータ
３２ ブレード
３４ ブレードプラットフォーム
３６ ブレード先端
３８ 温度検出プローブアセンブリ
４０ 第１の部分
４２ 第２の部分
４４ 排気ガス通路
４６ エンジン壁
４８ ねじ
５０ コントローラモジュール
５２ ハウジング
５４ 温度検出プローブ
５６ 第１の端部
５８ 第２の端部
５９ 肩部
６０ 外面
６２ 入口開口
６４ 長手軸
６６ 先端部
６８ 開口
７０ 出口開口
７２ 排気ガス流
７４ 第１の熱電対接合部
７６ 第１の出口開口
７８ 第２の出口開口
８０ 第１の距離
８２ 第３の距離
８４ 第１の出口開口
８６ 第２の距離
８７ 第１の部分
８８ 第２の部分
９０ 気流
９２ 軸
９４ 第１の端部
９６ 第２の端部

Claims (10)

1. 温度検出プローブアセンブリ（３８）であって、
   先端部（６６）と、前記先端部（６６）のより近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部（７６）とを有する温度検出プローブ（５４）と、
   前記温度検出プローブ（５４）の少なくとも一部分の周囲に配置され、前記第１の熱電対接合部（７４）の少なくとも一部分から前記第２の熱電対接合部（７６）の少なくとも一部分まで延びる長い入口開口（６２）をハウジングの（５２）前方側に有するとともに、前記ハウジングの（５２）の後方側に配置された出口開口（７０）の組を有しているハウジング（５２）と
   を備えており、
   空気の流れが、前記長い入口開口（６２）から前記出口開口（７０）の組まで前記ハウジング（５２）を通って流れ、前記ハウジング（５２）を通過する流路を確立させ、前記長い入口開口（６２）は、第１の断面積を有し、前記出口開口（７０）の組は、組み合わせの第２の断面積を有し、前記第１の断面積および前記第２の断面積は、実質的に同じである、温度検出プローブアセンブリ（３８）。
2. 前記長い入口開口（６２）は、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点に向かって前記第２の熱電対接合部（７６）を過ぎて延びている、請求項１に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
3. 前記出口開口（７０）の組のうちの少なくとも１つは、前記第２の熱電対接合部（７６）と当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点との間に位置する、請求項２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
4. 前記長い入口開口（６２）は、前記先端部（６６）に向かって前記第１の熱電対接合部（７４）を過ぎて延びている、請求項２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
5. 前記長い入口開口（６２）は、基本的に空気の流れの流れ軸に沿って位置している、請求項１に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
6. 前記出口開口（７０）の組は、前記長い入口開口（６２）の軸（９２）から径方向にオフセットされている、請求項５に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
7. 前記出口開口（７０）の組は、前記長い入口開口（６２）の軸（９２）の両側において径方向にオフセットされている、請求項６に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
8. 温度検出プローブアセンブリ（３８）であって、
   先端部（６６）と、前記先端部（６６）のより近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点のより近くに位置する第２の熱電対接合部（７６）とを有する温度検出プローブ（５４）と、
   前記温度検出プローブ（５４）の少なくとも一部分の周囲に配置された金属合金ハウジング（５２）であって、前記先端部（６６）の付近から前記第２の熱電対接合部（７６）と前記取り付け点との間の場所まで延びる入口開口の組を該ハウジング（５２）の前方側に有するとともに、前記入口開口の組から該ハウジングにおいてオフセットされた開口ペアを含む出口開口（７０）の組を有している金属合金ハウジング（５２）と
   を備えており、
   空気の流れが、前記入口開口の組から前記オフセットされた出口開口（７０）の組まで前記ハウジング（５２）を通って流れ、前記ハウジング（５２）を通過する流路を確立させる、温度検出プローブアセンブリ（３８）。
9. 前記入口開口の組は、長い入口開口（６２）を備える、請求項８に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
10. 前記出口開口（７０）の組の前記開口ペアのうちの少なくとも１つは、前記第２の熱電対接合部（７６）と当該温度検出プローブアセンブリ（３８）の前記取り付け点との間に位置する、請求項９に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。