JP6505179B2

JP6505179B2 - 排気ガス温度検出プローブアセンブリ

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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、特に燃焼タービンエンジンとしても知られているガスタービンエンジンは、エンジンを通過した多数のタービンブレード上の燃焼ガスの流れからエネルギーを抽出するロータリエンジンである。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。飛行機では、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中に、燃料は燃焼されて回転エネルギーを提供し、タービンのセットを通って推進する。ガスタービンエンジンが所望の通りに動作することを確実にするために、排気ガスにさらされる温度検出プローブをエンジンに含めることができる。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提供することができる。温度センサ出力を、例えば、下流側のエンジン構成要素をその設計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４４９９３３０号明細書

一態様では、本開示は、先端部と、先端部の近くに位置する第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と、温度検出プローブの少なくとも一部の周りに配置され、第１の熱電対接合部の少なくとも一部から第２の熱電対接合部の少なくとも一部まで延びる長くされた吸気開口部を有し、排気開口部のセットを有する、ハウジングと、を備える温度検出プローブアセンブリに関する。先端部はハウジングを越えて延び、空気の流れがハウジングを通って長くされた吸気開口部から排気開口部のセットに流れて、ハウジングを通る流路を確立する。

別の態様では、本開示は、航空機エンジンで使用するための排気ガス温度検出プローブアセンブリに関し、このアセンブリは、先端部と、先端部の近くに位置する第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と、温度検出プローブの少なくとも一部の周りに配置され、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たハウジングであって、第１の熱電対接合部の少なくとも一部から第２の熱電対接合部の少なくとも一部まで延びる吸気開口部のセットを有し、排気開口部のセットを有する、ハウジングと、を備える。加熱された空気の流れがハウジングを通って吸気開口部のセットから排気開口部のセットに流れて、ハウジングを通る流路を確立し、ケースは加熱された空気の流れよりも冷たい温度を有し、吸気開口部のセットおよび排気開口部のセットの構成は、第２の熱電対接合部から離れるように温度勾配をシフトさせる。

さらに別の態様では、本開示は、先端部と、先端部の近くに位置する第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と、温度検出プローブの少なくとも一部の周りに配置され、先端部付近から第２の熱電対接合部と取り付け点との間の位置まで延びる長くされた吸気開口部を有し、排気開口部のセットを有する、ハウジングと、を備える温度検出プローブアセンブリに関する。空気の流れは、ハウジングを通って、長くされた吸気開口部から排気開口部のセットまで流れて、ハウジングを通る流路を確立する。

図面の説明は以下の通りである。

本明細書に記載のさまざまな態様によるガスタービンエンジンの断面図である。本明細書に記載のさまざまな態様による、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である。本明細書に記載のさまざまな態様による、図２の温度検出プローブアセンブリの別の斜視図である。本明細書に記載のさまざまな態様による、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に示す図に垂直である。本明細書に記載のさまざまな態様による、図３の線Ｖ−Ｖに沿った温度検出プローブアセンブリの断面図である。本明細書に記載のさまざまな態様による、図５の温度検出プローブアセンブリの軸線方向に分解された断面図である。本明細書に記載のさまざまな態様による、図４の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った温度検出プローブアセンブリの断面図である。本明細書に記載のさまざまな態様による、温度検出プローブアセンブリの例示的な温度勾配を示す図である。

本開示の態様は、温度検出によって実行される機能、または温度検出の動作可能な出力、結果、もしくは機能に関係なく、温度を検出するための任意の温度検出アプリケーション、環境、装置、または方法で実施されることができる。本開示の態様は、航空機用のガスタービンエンジンに関して記載されているが、本開示の態様はそれに限定されるものではなく、他のモバイルアプリケーションや非モバイル産業、商業、住宅アプリケーションなどの非航空機アプリケーションでの一般的なアプリケーションを有することが理解されよう。

さまざまな要素が「〜のセット（ａｓｅｔｏｆ）」で記載されているが、「セット（ａｓｅｔ）」は、１つの要素のみを含む、任意の数の各要素を含むことができることが理解されよう。本明細書において使用されるとき、用語「軸線方向の（ａｘｉａｌ）」または「軸線方向に（ａｘｉａｌｌｙ）」は、記載された構成要素の長手方向軸線に沿った寸法を指す。また、本明細書で使用する「半径方向の（ｒａｄｉａｌ）」または「半径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）」という用語は、中心長手方向軸線、外周、または軸線に対して配置された円形もしくは環状の構成要素の間に延びる寸法を指す。本明細書に記載されるように温度を「検出する（ｓｅｎｓｉｎｇ）」または「測定する（ｍｅａｓｕｒｉｎｇ）」とは、温度自体を直接検出または測定するのではなく、温度を示す値または温度に関連する値を決定することを含めることができる。検出されたまたは測定された値を、追加の構成要素に提供することができる。例えば、その値をコントローラに提供することができ、コントローラは、温度またはその温度を表す電気的特性を決定するためにその値に対する処理を実行することができる。

また、本明細書で使用する「熱電対」または「熱電対接合部」は、接合部がさらされる温度の測定値もしくは媒体を表すまたはそれに関連する電位を生成する２つの異種金属の１つまたは複数の接合部を含む温度検出装置である。本開示の一態様では、１つまたは複数の接合部は、ケーシングまたはハウジング内に取り付けられることができ、組み合わされて、「熱電対プローブ」を形成することができる。熱電対構造の１つの非限定的な例は、米国特許第３００７９９０号明細書に見られる。

方向についてのあらゆる言及（例えば、半径方向、軸線方向、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、特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、さまざまに変更可能である。

図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、下流側に連続する流れ関係で、ファン１４を含むファン部１２、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機１６、高圧（ＨＰ）圧縮機１８、燃焼部２０、ＨＰタービン２２、およびＬＰタービン２４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に駆動接続し、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に駆動接続している。ＨＰタービン２２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ＨＰタービンロータ３０を含んでいる。ブレード３２は、ブレードプラットフォーム３４から半径方向外側のブレード先端部３６まで半径方向外向きに延びている。ガスタービンエンジン１０は、概略的な輪郭で示され、エンジン１０の後方に近接して、すなわちファン部１４の下流に配置された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つの非限定的な構成例では、温度検出プローブアセンブリ３８は、燃焼部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１つの上流に直列に配置されることができる。別の非限定的な構成例では、ガスタービンエンジン１０は、エンジン１０の周囲に配置された、例えばエンジン１０の円周の周りに間隔を置いて配置された温度検出プローブアセンブリ３８のセットを含むことができる。

ガスタービンエンジン１０は、ファン１４の回転が空気をＨＰ圧縮機１８内に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、圧縮空気を燃焼部２０に送達する。燃焼部２０では、圧縮空気が燃料と混合され、空気と燃料の混合物が点火されて、膨張して高温の排気ガスを生成することができる。エンジン排気ガスは、下流を横切って、温度検出プローブアセンブリ３８のセットを通り、ＨＰタービン２２およびＬＰタービン２４を通り、それぞれの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力を発生する。最後に、排気ガスはエンジン１０の後部から追い出されることができる。

図２は、図１の温度検出プローブアセンブリ３８の非限定的な斜視図を示している。図示のように、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。第１の部分４０が排気ガス通路４４の外側に配置され、第２の部分４２が排気ガス通路４４内に配置され、すなわち排気ガス通路４４にさらされる、温度検出プローブアセンブリ３８の非限定的な態様が含まれてもよい。図示の例では、排気ガス通路４４は、ガスタービンエンジン壁４６によって少なくとも部分的に画定されることができる。エンジン壁４６の非限定的な構成は、内部エンジン壁、外部エンジン壁、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。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つが、ねじ４８のセットなどの機械的締結具によって、エンジン壁４６によって支持されるか、エンジン壁４６と結合されるか、またはエンジン壁４６に固定され得る、温度検出プローブアセンブリ３８の非限定的な構成が含まれてもよい。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、限定はしないが、低圧タービンケースなどを含む独立した壁のセットを含むことができる。

非限定的な態様の温度検出プローブアセンブリ３８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と通信可能に結合することができる。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から検出もしくは測定された温度またはその代表値もしくは指示値を受信し、温度に基づいて追加の機能または別個の機能を実行するように構成されることができる。本開示の非限定的な構成では、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のセットから受信されるか、またはそれによって提供される温度または値を合計、平均、また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部分４２の拡大斜視図を示しており、ガスタービンエンジン作動中の排気ガスの実質的な移動方向の観点から見た図である。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。本開示の１つの非限定的な態様では、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、共通の長手方向軸線６４を画定することができる。

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、離間した第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。１つの非限定的な構成では、取り付け点は肩部５９を含むことができる。非限定的な構成では、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の外径より小さい第２の外径を有する、概して円錐形の構造を有する外面６０を含むことができる。この非限定的な構成では、外面６０の概して円錐形の構造は、第１の外径から第２の外径に直線的に移行することができる。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の非限定的な態様は、例えば実質的に円筒形の形状を有する、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。１つの非限定的な構成では、ハウジング５２は、金属合金材料、または強度のために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、形状、輪郭、ジオメトリなどは、排気ガス通路４４の高温環境における経時的な変形などの振動や変形に対抗するように選択または製造されることができる。別の非限定的な例では、ハウジング５２は、誘導された周期的負荷、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されることができる。一例では、排気ガス通路４４を摂氏１１００度以上の温度にさらすことができる。

ハウジング５２はまた、排気ガス通路４４を横切る空気または排気ガスの少なくとも一部を受けるように配置された少なくとも１つの長くされた吸気開口部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、吸気開口部６２を有するハウジング５２の部分は、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」側と呼ばれる。１つの非限定的な例では、吸気開口部６２は、吸気開口部６２に対応する下にある温度検出プローブ５４の長くされた部分が、排気ガス通路４４を横切る排気ガスに直接さらされるように、ハウジング５２の長手方向軸線６４に沿って延びる連続した開口部を含むことができる。別の非限定的な例では、吸気開口部６２は、吸気開口部６２のセットに対応する下にある温度検出プローブ５４の関連部分が、排気ガス通路４４を横切る排気ガスに直接さらされるように、ハウジング５２の長手方向軸線６４の各部分に沿って延びる吸気開口部６２のセットを含むことができる。１つの非限定的な構成では、吸気開口部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部を含むことができる。吸気開口部６２および領域構成のさらなる幾何学的構成が含まれてもよい。

温度検出プローブ５４は、ハウジング５２の内部を通って延びることができ、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。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１つの非限定的な構成では、温度検出プローブ５４を、先端部６６がエンジン壁４６の反対側のハウジング５２を越えて延びるように配置または構成することができる。一構成例では、先端部６６は、ハウジング５２の長手方向軸線６４と同心の開口６８を通ってハウジング５２を越えて延びることができる。

図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った斜視図からの温度検出プローブアセンブリ３８の別の非限定的な斜視図を示している。図示のように、ハウジング５２の後方側は、長手方向軸線６４に沿って離間した流体通路または排気開口部７０のセットをさらに含むことができる。本開示の１つの非限定的な態様では、排気開口部７０のセットは、長くされた吸気開口部６２に対応する、またはそれに関連する、長手方向軸線６４の一部に沿って離間される。合わせて、吸気開口部６２および排気開口部７０のセットは、ハウジング流路を画定し、吸気開口部６２によって受け取られる空気または排気ガスの流れ（矢印７２で示される）は、ハウジング５２を通って、排気開口部７０のセットに流れる。この意味で、温度検出プローブ５４の少なくとも一部は、吸気開口部６２および排気開口部７０のセットを介して排気ガス流７２にさらされることができる。ハウジング５２の１つの非限定的な構成では、排気開口部７０のセットの数は、吸気開口部６２のセットの数よりも多くてもよい。別の非限定的な構成では、排気開口部７０のセットを、ハウジング５２上の応力、振動、変形、誘導された周期的負荷、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。

排気開口部７０のセットが長手方向軸線６４に沿って等間隔に配置されている本開示の非限定的な態様が含まれてもよい。さらに、図４の斜視図は、長手方向軸線６４に沿った排気開口部７０の１つのセットを示しているが、対応する排気開口部７０の第２のセットが同様にハウジング５２の反対側に構成され、配置され、ミラーされ、または位置することができる、ハウジング５２の非限定的な態様が含まれてもよい。１つの非限定的な構成では、排気開口部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んでもよい。排気開口部７０のセットおよび領域構成のさらなる幾何学的構成が含まれてもよい。吸気開口部６２の断面積が、排気開口部７０のセットの結合されたまたは合計された断面積とほぼ等しいか、または実質的に同じであり得る追加の非限定的な構成が含まれてもよい。

図５は、図３の線Ｖ−Ｖに沿った温度検出プローブアセンブリ３８の断面図を示している。図示のように、温度検出プローブ５４は、ハウジング５２の先端部６６または第２の端部５８に近接して位置する第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に対して、第１の端部５６またはエンジン壁４６に近接して位置する第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。本開示の１つの非限定的な態様において、第１の熱電対接合部７４は、ガスタービンエンジンに含まれるとき、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るまた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、低圧タービンハブから半径方向に離間したケースまたは壁（例えば、低圧タービンケース壁）まで測定されたスパンを含むことができる。本開示の別の態様では、「低圧タービンスパン半径」は、排気ガス流路の半径方向スパンを含むことができる。本開示の別の非限定的な態様では、第２の熱電対接合部７６は、ガスタービンエンジンに含まれるとき、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るまたは位置することができる。本開示のさらに別の非限定的な態様では、第１の熱電対接合部７４は、先端部６６から測定された排気ガス通路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るまたは位置することができる。本開示の別の非限定的な態様では、第２の熱電対接合部７６は、先端部６６から測定された排気ガス通路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るまたは位置することができる。

第１の熱電対接合部７４または第２の熱電対接合部７６、またはそれらの組み合わせは、それぞれの接合部７４，７６に近接した温度検出プローブ５４と連通する空気流の温度を動作可能に検出するように構成されることができる。第１の熱電対接合部７４または第２の熱電対接合部７６は、例えば、図２のコントローラモジュール５０のようなコントローラモジュールとさらに通信可能に結合することができ、第１の熱電対接合部７４または第２の熱電対接合部７６の少なくとも１つによって検出された温度を、レビュー、処理、分析、平均化、平衡化、またはその他の方法で決定することができる。本開示の態様は、温度検出プローブアセンブリ３８が、処理、検出、または決定動作の少なくとも一部を実行するように構成され、そのような動作の出力を、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に提供するようにさらに構成されたコントローラモジュールを含む構成を含んでもよい。

本開示の一態様では、ハウジング５２の吸気開口部６２は、第１の熱電対接合部７４の少なくとも一部から、第２の熱電対接合部７６の少なくとも一部まで延びる。本開示の別の態様では、ハウジング５２の吸気開口部６２は、第２の熱電対接合部７６を超えてハウジング５２の第１の端部５６または肩部５９に向かって延びる。別の非限定的な構成では、ハウジング５２の吸気開口部６２は、第１の熱電対接合部７４を超えて、ハウジング５２の先端部６６または第２の端部５８に向かって延びる。

１つの非限定的な構成では、第２の熱電対接合部７６は、第１の端部５６に近接する吸気開口部６２の終端部から第１の距離８０だけ離間することができる。別の非限定的な構成では、第１の熱電対接合部７４は、第２の端部５８に近接する吸気開口部６２の終端部から第２の距離８６だけ離間することができる。図示のように、第１の距離８０を、隣接する排気開口部７０を隔てる第３の距離８２より大きくすることができる。同様に、第２の距離８６を、隣接する排気開口部７０を隔てる第３の距離８２よりも小さくすることができる。

排気開口部７０のセットは、温度検出プローブアセンブリ３８を通る所定のまたは既知の量の空気流を確実にするまたは可能にするように配置される、位置する、または構成されることができる。可能にされた所定のまたは既知の量の空気流は、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、またはそれらの組み合わせの少なくとも１つによって排気ガスの正確な温度検出を確実にするまたは可能にするように選択されることができる。例えば、本開示の１つの非限定的な態様では、第１の排気開口部８４は、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に近接する吸気開口部６２の終端との間に、位置する、配置される、または構成されることができる。

エンジン壁４６の少なくとも一部が排気ガス通路４４の排気ガスよりも冷たい温度を有することができる本発明の態様が含まれてもよい。これは、例えば、エンジン壁４６から別のエンジン壁、エンジン、ケーシング、パイロン、航空機のより冷たい部分、またはエンジンの外部にさらされる環境への熱伝導経路に起因する可能性がある。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、エンジン壁４６に近接したハウジング５２または温度検出プローブ５４の少なくとも１つの部分からの熱をさらに除去することができる。より冷たいエンジン壁４６によるハウジング５２または温度検出プローブ５４の少なくとも１つからの熱の除去は、第１の熱電対接合部７４または第２の熱電対接合部７６の少なくとも１つを動作可能に歪ませ、変形させ、またはその温度検出能力の精度に他の方法で影響を与えることができる。別の言い方をすれば、エンジン壁４６を介した熱の除去は、温度検出プローブアセンブリ３８に温度勾配を生じさせ、これにより、検出された温度すなわち温度の読み取り値を「真の」空気流または排気ガス温度より低くすることができる。

１つまたは複数の吸気開口部６２、排気開口部７０のセット、またはこれらの組み合わせの構成が、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から離れるようにシフトまたは調整などするように配置される本開示の非限定的な態様が含まれてもよい。別の言い方をすれば、温度検出プローブアセンブリ３８の構成は、エンジン壁４６のより冷た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の温度検出能力の精度に影響を及ぼさないように、または、ほとんど影響がないように配置される。

１つの非限定的な構成例では、第２の熱電対接合部７６を、（例えば、ハウジング５２の円錐形状のために）第１の熱電対接合部７４と比較して、より多くのハウジング５２の質量または体積で取り囲むことができる。この例では、第２の熱電対接合部７６は、第１の熱電対接合部７４と比較すると、温度変化に応答するのにより長い時間を要するか、または温度変化を検出するのにより長い時間を要する可能性がある（すなわち、「タイムラグ」）。この現象は、第１の熱電対接合部７４と比較して、ハウジング５２によって受け取られる、より多くの量の、より大きい割合の、またはより大きい比率の空気流が第２の熱電対接合部７６に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を配置または構成することによって、対抗または緩和され得る。

例えば、１つの非限定的な構成では、吸気開口部６２によって受け取られる総空気流の約３分の１を吸気開口部６２の下部８７によって受け取ることができ、一方、総空気流の残りの３分の２（例えば、下部８７によって受け取られる空気流の２倍の量）を、吸気開口部６２の上部８８によって受け取ることができる。この意味で、下部８７を、空気流を第１の熱電対接合部７４に少なくとも部分的に送達するように配置または構成することができ、一方、上部８８を、空気流を第２の熱電対接合部７６に少なくとも部分的に送達するように配置または構成することができ、第１の熱電対接合部７４と第２の熱電対接合部７６とは、ほぼ同じ、または等しい検出または応答時間を有する。別の言い方をすれば、第１の熱電対接合部７４と第２の熱電対接合部７６との間のタイムラグを低減させるために、記載のように構成を配置または選択することができる。

ハウジング５２の第１の端部５６または肩部５９に最も近い吸気開口部６２の部分から第１の距離８０だけ離れ、その結果、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離れた第２の熱電対接合部７６の位置決めにより、第２の熱電対接合部７６は空気流または排気ガスのより正確な温度を読み取る、検出する、または測定することが可能になる。この構成は、第２の熱電対接合部７６とハウジング５２の第１の端部５６に近接する吸気開口部６２の終端部との間に第１の排気開口部８４を配置することによってさらに強化され、これにより、吸気開口部６２の終端に近接して受け取られた空気流は、温度検出プローブ５４に衝突し、第２の熱電対接合部７６から離れた第１の排気開口部８４によってハウジングから排出される。第２の熱電対接合部７６から離れたエンジン壁４６に近接して受け取った空気流を導くことによって、エンジン壁４６による温度勾配は、第２の熱電対接合部７６によって捕捉される温度測定の精度に影響を及ぼさない、またはほとんど影響がない。

図６は、温度検出プローブアセンブリ３８の軸線方向に分解された断面図を示しており、温度検出プローブ５４は、ハウジング５２から長手方向軸線６４に沿って移動される。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の後方の排気開口部７０のセットを示している。

図７は、図４の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿っ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の側面の排気開口部７０の対応するセットを示している。図示のように、排気開口部７０のセットは、吸気開口部６２と比較して、吸気開口部６２の軸線９２から半径方向にオフセットされてもよく、または長手方向軸線６４から半径方向にオフセットされてもよい。１つの非限定的な構成では、排気開口部７０のセットを、吸気開口部６２の軸線９２または長手方向軸線６４の両側で等しく半径方向にオフセットすることができる。１つの非限定的な構成では、排気開口部７０のセットを、吸気開口部６２から半径方向に約１２０度オフセットすることができる。ミラーされた、対応する、または対になった排気開口部７０の単一の断面図のみが示されているが、追加の排気開口部７０が、長手方向軸線６４の長さに沿ってミラーされた、対応する、または対になった本開示の態様が含まれてもよい。

図示のように、加熱された、燃焼された、または排気された流れなどの空気流の一部（矢印９０で示される）を、ハウジング５２の吸気開口部６２によって受け取ることができる。吸気開口部６２または温度検出プローブアセンブリ３８は、吸気開口部６２が実質的に空気流９０の流れ軸線、または温度に対して検出されるべき空気の流れに沿って配置されるように、位置するまたは配置されることができる。空気流９０は、一旦、吸気開口部６２によって受け取られると、長手方向軸線６４に向かうように温度検出プローブアセンブリ３８の中心に向けられ、温度検出プローブ５４と流体連通する。本開示の１つの非限定的な態様では、空気流９０は、温度検出プローブ５４に衝突することが可能である。温度検出プローブ５４への衝突を、吸気開口部６２の長さに沿って、第１の熱電対接合部７４に近接して、第２の熱電対接合部７６に近接して、またはその組み合わせもしくは一部で提供することができる。空気流９０は、その後、温度検出プローブ５４の周りに向けられ、半径方向にオフセットされた排気開口部７０の少なくとも１つを通って排気される。

図８は、図５に関して既に説明した、エンジン壁４６を通る、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の温度勾配の例示的な図を示している。図示のように、温度検出プローブ５４の第１の端部９４は、温度検出プローブ５４の第２の端部９６と比較してより「より冷たい」温度測定値を表すために薄い影を付けられ、第１の端部９４に対して「より暑い」温度測定値を表すためにより暗く影を付けられている。図示された例は、本明細書で説明するように、理解のためにより冷たいエンジン壁４６を通る熱損失による代表的な温度勾配を示す１つの非限定的な図に過ぎない。追加の勾配が含まれてもよい。

上記の図に示されたものに加えて、他の多くの可能な態様および構成が、本開示によって企図される。さらに、さまざまな構成要素の設計および配置を、いくつかの異なる構成が実現され得るように再構成することができる。

本明細書に開示される態様は、温度検出プローブアセンブリを提供する。上記の態様で実現することができる１つの利点は、本開示の上記の態様により、温度検出プローブアセンブリは、ハウジングを通るより多くの空気流または高速の空気流が温度検出プローブに衝突することを可能にし、結果として排気温度の変化に対するより速いセンサ応答をもたらすことである。構成は、より大きな吸気開口部および追加の排気開口部を含むことができる。さらに、吸気開口部と排気開口部との間の断面積の対応により、プローブアセンブリの内部に適したまたは所望の流量を提供することができる。より迅速に応答する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エンジン動作条件の変化に対してより応答することを可能にし、タービン羽根およびブレードのような下流の構成要素を保護しながらより高い温度またはより多くの燃焼出力で動作すること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。したがって、より迅速に応答する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の熱スパイクをより迅速に検出して考慮することができ、それに応じて補償するようにエンジン動作を調整するので、下流の構成要素の熱限界近くでエンジンを作動させることができる。

さらに、第１の熱電対接合部に対して第２の熱電対接合部によってまたはそれに近接して受け取られた空気流の構成を調整することによって、第１の熱電対接合部と第２の熱電対接合部との間の応答時間の差異が低減される。応答時間の差異が低減されることにより、温度測定値の迅速な読み取りがさらに信頼できるものとなる。１つの構成例では、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の時定数の変化は、従来の温度検出プローブアセンブリによる約１５〜１６％の第１の時間的制約と比較して、約０．５％に低減される。

本開示の上記の態様の別の利点は、入口および排気の断面積および位置を調整または最適化して、適用、設置、または特定の実施形態に必要な構造的強度を維持しながら、ハウジングを通る排気ガスのより大きな質量流量を可能にすることを含み得る。

本開示の上述の態様のさらに別の利点は、第２の熱電対接合部を、エンジン壁または別の除熱構成要素によって生成される温度勾配からより遠くに離間させることを含む。熱電対接合部の温度勾配からの離間により、従来の温度検出プローブアセンブリと比較して、より正確な「真の」温度検出が可能になる。一構成例では、従来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（約２〜５°Ｆの誤差）を、上記の態様を用いて１°Ｆ未満に低減することができ、５５〜８２％改善される。

まだ記載されていない範囲で、さまざまな実施形態の異なる特徴および構造を所望の通り互いに組み合わせて用いることができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態のさまざまな特徴を要望通りに混合し適合させることができる。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、この開示によって包括される。

この明細書は、本開示の態様を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示の態様を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。こ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）が、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）の近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、前記温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点の近くに位置する第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）の少なくとも一部の周りに配置され、前記第１の熱電対接合部（７４）の少なくとも一部から前記第２の熱電対接合部（７６）の少なくとも一部まで延びる長くされた吸気開口部（６２）を有し、排気開口部（７０）のセットを有する、ハウジング（５２）と
を備え、
前記先端部（６６）は前記ハウジング（５２）を越えて延び、空気の流れが前記ハウジング（５２）を通って前記長くされた吸気開口部（６２）から前記排気開口部（７０）のセットに流れて、前記ハウジング（５２）を通る流路を確立する、
温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様２］
前記長くされた吸気開口部（６２）が、前記第２の熱電対接合部（７６）を越えて前記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延びる、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］
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、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］
前記長くされた吸気開口部（６２）が、前記第１の熱電対接合部（７４）を超えて前記先端部（６６）に向かって延びる、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］
前記長くされた吸気開口部（６２）が、実質的に空気の流れの流れ軸線（９０）に沿って配置される、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］
前記排気開口部（７０）のセットが、前記長くされた吸気開口部（６２）の前記軸線（９２）から半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］
前記排気開口部（７０）のセットが、前記長くされた吸気開口部（６２）の前記軸線（９２）の両側で半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］
両側でオフセットされている前記排気開口部（７０）が、前記ハウジング（５２）の長さに沿って対をなしている、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］
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、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］
航空機エンジンで使用するための排気ガス温度検出プローブアセンブリ（３８）が、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）の近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、前記温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点の近くに位置する第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）の少なくとも一部の周りに配置され、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たハウジング（５２）であって、前記ハウジング（５２）は、前記第１の熱電対接合部（７４）の少なくとも一部から前記第２の熱電対接合部（７６）の少なくとも一部まで延びる吸気開口部（６２）のセットを有し、排気開口部（７０）のセットを有する、ハウジング（５２）と
を備え、
加熱された空気の流れが前記ハウジング（５２）を通って前記吸気開口部（６２）のセットから前記排気開口部（７０）のセットに流れて、前記ハウジング（５２）を通る流路を確立し、
前記ケースは前記加熱された空気の流れよりも冷たい温度を有し、前記吸気開口部（６２）のセットおよび前記排気開口部（７０）のセットの前記構成は、前記第２の熱電対接合部（７６）から離れるように温度勾配をシフトさせる、
排気ガス温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１１］
前記吸気開口部（６２）のセットおよび前記排気開口部（７０）のセットの構成が、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１０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１２］
前記吸気開口部（６２）のセットが、前記第２の熱電対接合部（７６）を越えて前記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延びる単一の長くされた吸気開口部（６２）を備える、実施態様１１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１３］
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、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］
前記長くされた吸気開口部（６２）が、実質的に前記空気の流れの流れ軸線（９０）に沿って配置される、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］
前記排気開口部（７０）のセットが、前記長くされた前記吸気開口部（６２）の前記軸線（９２）から半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］
前記排気開口部（７０）のセットが、前記長くされた吸気開口部（６２）の前記軸線（９２）の両側で半径方向にオフセットされている、実施態様１５に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１７］
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、実施態様１０に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１８］
温度検出プローブアセンブリ（３８）が、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）の近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、前記温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点の近くに位置する第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）の少なくとも一部の周りに配置され、前記先端部（６６）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位置まで延びる長くされた吸気開口部（６２）を有し、排気開口部（７０）のセットを有する、ハウジング（５２）と、
を備え、
空気の流れが前記ハウジング（５２）を通って前記長くされた吸気開口部（６２）から前記排気開口部（７０）のセットに流れて、前記ハウジング（５２）を通る流路を確立する、
温度検出プローブアセンブリ（３８）。
［実施態様１９］
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、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］
前記長くされた吸気開口部が、実質的に前記空気の流れの流れ軸線（９０）に沿って配置され、前記排気開口部（７０）のセットは、前記長くされた吸気開口部（６２）の前記軸線（９２）の両側で半径方向にオフセットされている、実施態様１８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
１４ファン
１６ＬＰＣ
１８ＨＰＣ
２０燃焼部
２２ＨＰＴ
２４ＬＰＴ
２６ＨＰスプール
２８ＬＰスプール
３０ＨＰＴロータ
３２ブレード
３４ブレードプラットフォーム
３６ブレード先端部
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吸気開口部
６４長手方向軸線
６６先端部
６８開口
７０排気開口部
７２排気ガス流
７４第１の熱電対接合部
７６第２の熱電対接合部
７８第２の排気開口部
８０第１の距離
８２第３の距離
８４第１の排気開口部
８６第２の距離
８７下部
８８上部
９０空気流
９２軸線
９４第１の端部
９６第２の端部

Claims

温度検出プローブアセンブリ（３８）が、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）の近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、前記温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点の近くに位置する第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）の少なくとも一部の周りに配置され、少なくとも前記第１の熱電対接合部（７４）の一部から、少なくとも前記第２の熱電対接合部（７６）の一部まで延びる長くされた吸気開口部（６２）を有し、排気開口部（７０）のセットを有する、ハウジング（５２）と
を備え、
前記先端部（６６）は前記ハウジング（５２）を越えて延び、空気の流れが前記ハウジング（５２）を通って前記長くされた吸気開口部（６２）から前記排気開口部（７０）のセットに流れて、前記ハウジング（５２）を通る流路を確立する、
温度検出プローブアセンブリ（３８）。
前記長くされた吸気開口部（６２）が、前記第２の熱電対接合部（７６）を越えて前記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延びる、請求項１に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、請求項２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
前記長くされた吸気開口部（６２）が、前記第１の熱電対接合部（７４）を超えて前記先端部（６６）に向かって延びる、請求項２に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
前記長くされた吸気開口部（６２）が、実質的に空気の流れの流れ軸線（９０）に沿って配置される、請求項１乃至４のいずれかに記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
前記排気開口部（７０）のセットが、前記長くされた吸気開口部（６２）の前記軸線（９２）から半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）。
前記排気開口部（７０）のセットが、前記長くされた吸気開口部（６２）の前記軸線（９２）の両側で半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）。
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、請求項７に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。
温度検出プローブアセンブリ（３８）が、
先端部（６６）と、前記先端部（６６）の近くに位置する第１の熱電対接合部（７４）と、前記温度検出プローブアセンブリ（３８）の取り付け点の近くに位置する第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）の少なくとも一部の周りに配置され、前記先端部（６６）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位置まで延びる長くされた吸気開口部（６２）を有し、排気開口部（７０）のセットを有する、ハウジング（５２）と、
を備え、
空気の流れが前記ハウジング（５２）を通って前記長くされた吸気開口部（６２）から前記排気開口部（７０）のセットに流れて、前記ハウジング（５２）を通る流路を確立する、
温度検出プローブアセンブリ（３８）。
前記排気開口部（７０）のセットのうちの少なくとも１つが、前記第２の熱電対接合部（７６）と前記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配置される、請求項９に記載の温度検出プローブアセンブリ（３８）。