KR950001328B1

KR950001328B1 - 가스터어빈 엔진 광자 점화시스템

Info

Publication number: KR950001328B1
Application number: KR1019880004770A
Authority: KR
Inventors: 디.퓨 지미; 더블유.엘.루이스 제임스; 스위트 이.잭
Original assignee: 유니버시티 오브 테네시 리서취 코포레이션; 케이. 더블유. 헤싱톤
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1995-02-17
Also published as: EP0290154A2; KR880012871A; BR8801973A; JPH01277125A; EP0290154A3; CA1319827C

Abstract

내용없음.

Description

가스터어빈 엔진 광자 점화시스템

제1도는 전달 및 집속 장치에 의해 연소실과 연결된 광자원(photon source)의 부분 개략도.

제2도는 광자들이 집속된 비임(focussed beam) 및 상기 비임의 탄화수소 연료 분무(fuel spray)에 대한 위치를 도시한 제1도의 부분도의 부분 개략 단면도.

제3도는 연료 주입기내에 제공된 광자들의 집속된 비임의 개략적인 횡단면도.

제4도는 연료 분무에 광자들의 비임을 집속하도록 배치된 렌즈를 가지는 본 발명의 한 실시예의 개략도.

제5도는 그레이디드 인덱스 광섬유(graded index optical fiber)에 의해 광자 비임의 집속이 이루어지는 본 발명의 다른 실시예의 개략도.

제6도는 여러 탄화수소 연료들의 복사 흡수율을 파장(nm)의 함수로 도시한 그래프.

제7도는 입사 전자기 에너지 펄스(pulse)에 의해 탄화수소 연료 소적(droplet)내에 유도된 열경사도(thermal gradient)의 그래프.

제8도는 섬광등(flashlamp) 및 레이저 광자원의 에너지 출력을 파장(nm)의 함수로 도시한 그래프.

제9도는 섬광등 광자원을 가지는 광자 점화 시스템의 개략도.

제10도는 레이저 광자원을 가지는 광자 점화 시스템의 개략도.

제11도는 점화 에너지를 복수개의 엔진들로 전달하도록 단일원 및 복수개의 광자 전달 장치들로 구성된 광자 점화 시스템의 블록선도(block diagram).

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 116, 118, 120 : 가스 터어빈 엔진 12 : 하우징

14 : 연소기 라이너 16 : 연료 주입기

18 : 연료 분무 20 : 광자원

22 : 광자 전달 장치 24 : 광자 집속 장치

26, 36 : 집속된 비임 28 : 공기 콘딧(air conduit)

30 : 종단부분 34 : 수집 렌즈

40, 94 : 집속 렌즈 50 : 연료 소적

60 : 섬광등 74 : 펄스

76, 104, 106, 108 : 집광 렌즈 78 : 레이저

본 발명은 탄화수소 연료 점화 시스템에 관한 것이고, 특히, 가스 터어빈 엔진용 광자 점화 시스템(photon iguition system)에 관한 것이다.

항공기에 사용된 것과 같은 모든 공지된 가스 터이빈 엔진들은 엔진의 연소기 부분내의 공기/연료 혼합체를 점화하기 위하여 하나 또는 그 이상이 스파아크 점화기(spark ignitor)들을 사용한다. 연소기는 전형적으로 캔형(can type)이거나 대체로 환형인 연소실을 포함하는 내부 라이너(inner liner)를 가지는 하우징(housing)으로 구성된다. 연소실은 전형적으로 하나 또는 그 이상의 연료 주입기들을 가지고 있으며, 각각의 주입기들은 가압된 연료 또는 공기에 의해 주입기들을 통과하는 연료를 분무시켜서 연료 분무(fuel spray)를 제공한다. 점화기는 하우징 및 내부 라이너를 관통하여 연소실의 주변 부분에 위치되어 있다. 점화기가 작동되면 두개의 대향된 전극들 사이에 점화기의 표면을 횡단하여 지나는 고에너지 스파아크가 발생한다. 스파아크의 에너지는 연소실의 주변 부분에 있는 분무를 점화시키며, 그 다음에 점화는 연소실의 주변 부분으로부터 연료 주입기들을 빠져나온 연료 분무가 점화되는 중앙 부분으로 전파된다. 비록 스파아크 점화기가 전형적으로 의도된 목적에 아주 적당하다고 할지라도, 광범위한 용도의 측면에서 볼때, 가스 터어빈 엔진의 기술적 진전은 점화 시스템의 보다 능률적인 형태를 필요로 한다.

여러 문제점들이 스파아크 점화기의 사용과 관련된다. 첫째 문제점은 연료 주입기들로 부터 분사되는 공기/연료 분무를 점화하기 위한 최적 위치가 아닌 연소실의 주변 부분에 있는 점화 위치에 관한 것이다. 따라서, 점화기의 스파아크는 연소기내의 공기/연료 분무를 점화하거나 또는 완전히 점화하는데 실패할 수도 있다.

둘째로, 점화기의 작동 특성 때문에, 장치는 장치를 횡단하여 전달되는 스파아크의 작동에 의해 성능저하(degradation) 및 침식(erosion)되기 쉽다. 이와 같은 점화기 성능저하는 점화기가 일정 기간마다 교체될 필요가 생기게 하므로, 점화기의 사용자는 교체 점화기 및 상기 교체 점화기 설치에 따른 노동력과 연관된 비용을 부담해야 한다.

셋째로, 점화기 생크(shank)가 연소기 내부 라이너를 관통해서 연소실내로 연장되어야 한다는 필요 때문에, 점화기 생크는 연소기 외측 공기 통로를 통한 공기 유동을 방해하여, 외측의 공기 통로내에서 공기 유동의 교란 및 난류(turbulence)의 발생이 일어난다. 라이너 벽에 있는 점화기의 주변 위치는 라이너의 냉각을 위해 필요한 공기가 분무를 점화기로부터 멀리 밀어낸다는 점에서 또한 최적이 아니다. 이와 같은 비최적 조건하에서 점화를 성취시키기 위하여 점화기내로의 전력은 전형적으로 증가되고 결국 점화기 수명은 비례적으로 감소한다.

스파아크 점화 시스템의 또다른 불리한 점은 점화기 전력원과 점화기 사이의 점화 시스템내에서 경험된 전기적 손실들에 관한 것이다. 점화기 전력원은 전형적으로 점화기의 항복전압(breakdown voltage)으로 충전하고 순차적으로 점화기 전극들을 횡단하게 방전하여 결국 스파아크를 일으키는 용량성 장치(capacitive divice)이다. 이와 같은 방전 에너지는 전기 케이블에 의해 전달되며 상기 전기 케이블은 이와같은 전달과 연관된 유도 손실(inductive loss)을 가지고 있다. 방전 에너지에 의해 경험된 이와 같은 유도손실은 전형적으로 80 내지 90% 정도로 클 수 있다. 또한 그와 같은 용량성 전력원의 특성은 결국 매초당 약 3회의 스파아크가 일어나는 비교적 일정한 스파아크 빈도(frequency)로 일어난다. 이와 같은 빈도는, 특정한 엔진 작동 조건들 하에서는, 최적 빈도가 아닐 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치에 따라서, 연소실내의 공기/연료 혼합체를 점화하기 위한 광자 점화 시스템으로 구성된 가스 터어빈 엔진에 의하여, 전술한 선행 기술의 문제점들이 극복되며 또한 다른 이점들이 얻어질 수 있다.

본 발명의 도시한 실시예에 있어서, 복사 에너지원(source of radiant energy), 또는 광자들은 공기/연료 혼합체를 점화하도록 마련된다. 복사 에너지원은 전자기 스펙트럼의 자외선 부분내에 있는 파장을 가지는 펄스로 된 복사 출력(pulsed radiant output)을 가지는 레이저(laser)일 수 있으며, 상기 자외선 부분은 JP-5 연료를 포함하는 탄화수소 분자들에 의해 가장 완전하게 흡수되는 스펙트럼 부분이다. 또한 복사 에너지원은 자외선에 속하는 출력 파장들을 가지는 섬광등(flashlamp)일 수도 있다. 복사선은 광섬유(optical fiber)에 의해 공기/연료 혼합체내의 선택된 구역에 비임을 집속시키는 집속장치로 전달되며, 상기 혼합체는, 전형적으로, 분무 상태(spray)로 제공된다. 연료 분무 구역은 최선 점화 특성들을 마련하기 위하여 분무내의 최적 위치에 있도록 선택된다. 광자 점화 시스템은 항공기 제트 엔진상에 장착 가능한 작고 경량인 모듀율(module)내의 포장으로 제재를 받는 광자원(photon source), 전달장치(transmission means), 및 집속 장치(focussing means)로 구성된다.

본 발명을 사용하면 연료 분무의 점화를 위한 최적 구역인 것으로 정해진 공간내의 구역에 복사선의 촛점(focal point)을 위치시키도록 유리하게 마련되므로, 최소량의 점화 시스템 에너지를 필요로 한다. 이는 스파아크 점화기가 대체로 연료 분무를 점화하기에 적당한 위치가 아닌 연소기 라이너 벽(combustor liner wall)에 위치되어 있는 선행 기술의 문제점을 극복한다. 그러므로, 이와 같은 환경하에서 믿을만한 점화를 성취하기 위해 보다 높은 점화기 에너지가 요구되고, 따라서 점화기의 유효 수명이 짧아진다는 문제점도 또한 극복된다. 본 발명의 점화 시스템은 특별한 라이너 냉각 처리를 필요로 하는 어떤 특별한 점화기 구멍도 필요가 없도록, 필요에 따라, 현존 연소기 라이닝 1차 공기 구멍(existing combustor lining primary air hole)을 통해 복사선을 투사하도록 마련된다. 추가로, 연소기 외측 공기 통로를 통한 공기 유동을 방해하기 쉬운 점화기의 생크가 제거되므로, 이에 의해 방해받지 않는 외측 공기 통로를 제공하며 또한 상기 통로내에 분열적인 난류의 제거를 제공한다.

또한, 본 발명의 광자 점화 시스템은, 전형적으로 용량성 네크워크(capacitive network)인, 점화기 전력원과 점화기 사이의 점화 전력에 의해 경험되는 비교적 큰 유도 손실등에 관한 문제점들도 극복한다. 본 발명의 광자 점화 시스템에 있어서, 손실들은 최소의 유도 손실 효과가 동반되므로 크게 감소되고, 그 대신에 복사선이 광섬유를 통과할때 복사선에 의한 비교적 작은 광학적 손실이 생긴다.

또한, 용량성 네트워크의 특성들로 인한 매초당 약 3회의 스파아크인 비교적 고정된 점화 발화율(relatively fixed ignition firing rate)은 광자 점화 시스템이 변화가능한 맥동율(pulse rate)로 작동되는 광자원을 가질 수 있다는 점으로 극복된다.

스파아크 점화기를 사용하지 않기 때문에, 본 발명의 광자 점화 시스템은 작동중에 신속하게 소모되거나 또는 성능 저하되는 어떤 장치들도 가지지 않으므로, 결국 보수 일정(maintenance schedule) 및 그에 따른 비용이 감소된다. 그러므로 점화 시스템의 종합 신뢰도(overall reliability)는 크게 개선되며, 또한 그에 따라 엔진의 종합 신뢰도도 크게 개선된다.

본 발명의 이와 같은 양태들 및 그외의 양태들은 이하 실시예들의 도면을 참조한 설명들에서 보다 상세히 기술한다.

제1도에 대하여 설명하면, 제1도에는 연소기 하우징(12), 연소기 라이너(14), 및 연소실(15)에 인접한 복수개의 연료 주입기(16)들을 가지는 가스 터어빈 엔진(10)의 일부를 도시한다. 각각의 연료 주입기(16)들은 공기/연료 혼합체로 구성된 연료 분무(18)을 제조하도록 작동가능하다. 가스 터어빈 엔진(10)용 연료는, 전형적으로, JP-5와 같은 탄화수소 연료이다. 이와 같은 탄화수소 연료는, 점화중에 파괴되었을때, 엔진에 적당한 동력을 제공하는 고에너지 탄소-산소 결합들에 의해 대체로 특징지어지는 복수개의 다양한 형태의 탄화수소 분자들로 구성된다. 가스 터어빈 엔진의 동력은 엔진에 대한 응용에 따라 다수의 상이한 방식들로 이용될 수 있다. 예컨대, 엔진은 헬리콥터내에서 로우터를 회전시키도록 사용되거나, 장갑차내에서 원동력을 제공하도록 사용되고, 또는 제트기에 추력(thrust)을 제공하도록 제트기내에 사용될 수 있다. 그러므로, 이하 후술하는 본 발명의 도시한 실시예들은 다양하고 상이한 응용들에 대단한 효용성을 가지고 있다.

또한, 본 발명은, 다양하고 상이한 형태의 연소실들내에서, JP-4 및 디이젤 연료와 같은, 다수의 상이한 형태의 탄화수소 연료들을 점화하는데에 유익하게 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 광자 점화 시스템은 오일 버어너(oil burner) 또는 피스톤 엔진(piston engine)내에서 연료를 점화하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 도시한 실시예들에 의하면, 연료 분무(18)의 점화는 광섬유(optical fiber)(22)와 같은 광자 전달 장치에 의해 엔진(10)의 연소실(15)와 연결된 복사 에너지 출력(radiant energy output)을 가지는 광자원(photon source)(20)에 의해 성취된다. 원(20)의 복사 에너지 출력은, 집속 장치(24)와 같은, 연결 장치에 의해 연소실(15)내로 연결되어 복사 에너지의 집속된 비임(focussed beam)(26)을 발생시키며, 상기 비임(26)은 점화를 이루기 위해 연료 분무(18)의 최적 구역에 집속된다. 집속된 비임(26)은 하나 또는 그 이상의 연료 소적(droplet)들의 점화를 연료 분무(18)의 최적 구역내로 유도하며, 점화는 순간적으로 연소실(15) 전체로 전파되어 복수개의 연료 주입기(16)들의 각각으로 부터의 연료 분무를 점화시킨다. 일단 점화되면, 연료의 연소는, 이상적으로, 연속적인, 자체 지속 과정(self-sustaining process)이다.

적합하게는, 광자원(20)은 섬광등(flashlamp) 또는 레이저(laser)와 같은 펄스로 된 원(source)으로 구성된다. 본 발명에 의하면, 광자원(20)의 복사 출력은 예정된 파장 또는 파장 범위(range of wavelengths)로 구성된다. 파장 또는 파장 범위는 탄화수소 연료에 의해 가장 완전하게 흡수되는 파장 범위와 부합되도록 예정된다. 그러므로, 분무(18)내의 연료 소적들에 의한 광자원(20)의 복사 에너지 출력의 흡수는 하나 또는 그 이상의 소적들내에 국부적인 가열(localized heating)을 유발시켜, 소적 또는 소적들의 점화가 일어난다. 본 발명의 이와 같은 특징은 상세히 후술한다.

제1 및 2도에 도시한 바와 같이, 집속된 비임은 연소기 하우징(12)내에 마련된 개구부(opening)를 통해 연소기내로 유도된다. 라이너(14)내에 마련된 제1공기 구멍은 이와 같은 목적을 위해 유익하게 이용될 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 사용은 집속된 비임(26)을 연소기내로 진입시키도록 특수하게 제조된 개구부를 마련하는 것에 의해 또한 실행될 수 있다.

제3도에는 전달 장치(22) 및 집속 장치(24)가 연료 주입기(16)들중 하나내에 마련된 본 발명의 선택적인 실시예를 도시한다. 이와 같은 연료 주입기(16)에 있어서 액체 연료는, 화살표 A로 도시한 바와 같이, 중앙에 배치된 공기 콘딧(air conduit)(28)의 둘레로 압력하에 공급되고, 상기 콘딧은 가압된 공기를 주입기(16)의 단부내에 만들어진 개구부들로 운반하며 이에 의해 공기 및 액체 연료가 연료 분무(18)을 형성하도록 혼합된다. 본 발명의 이와 같은 실시예에 의하면, 광섬유일 수 있는, 전달 장치(22)는 복사 에너지를 집속된 비임(26)으로 집속되게 하는 반경 방향으로 변하는 굴절률(radially varying index of refraction)을 가지는 종단 부분(terminal portion)(30)을 갖추고 있다. 이와 같은 섬유는 ＂그레이드 인덱스(graded index)＂ 섬유로 공지되어 있다. 따라서, 별도의 또는 외부의 집속 장치의 사용은 필요치 않다. 광섬유(22)의 단부는 분무(18)의 점화를 일으키기 위하여 비임(26)의 촛점(focus)이 분무(18)내의 최적지점(optimum point)에 마련되도록 위치되며, 최적 지점은 연료 분무를 점화하는데 광자원(20)으로의 입력 에너지의 최소량으로 실시 가능한 지점이 되도록 예정된다. 물론, 최적 지점의 정확한 위치는, 예컨대, 연소기의 크기 및 형상에 관계되며 또한 실험적인 방법으로 가장 잘 결정될 수 있다.

제4 및 5도에 대하여 설명하면, 제4 및 5도에는 본 발명의 전술한 특징들을 보다 상세히 도시한다. 제4도에 도시한 바와 같이, 광자원(20)은 수집 렌즈(collecting lens)(34)상에 충돌하는 복사 에너지 출력(32)를 가지며, 상기 수집 렌즈(34)에 의해 출력(32)는 섬유(22)의 단부상에 충둘하는 부분적으로 집속된 비임(36)으로 성형된다. 비임(36)의 집속도(degree of focus)는 섬유(22)의 단부를 손상시키지 않도록 선택된다. 그후에 복사 에너지 출력(32)는 섬유(22)의 반대쪽 종단부(terminal end)로 섬유(22)의 길이부를 통과한다. 종단부내에 넣어질 수도 있는 집속 장치(24)는 섬유(22)를 빠져나온 복사 에너지 출력(38)을 집속된 비임(26)으로 집속하도록 작동 가능한 집속 렌즈(40)으로 구성된다. 비임(26)의 촛점은, 전술한 하나 또는 두개 이상의 연료 소적들의 국부적인 가열이 유발되어 결국 소적들의 점화가 일어나도록, 분무(18)의 공간상 구역내에 유리하게 위치된다.

제5도에 있어서 집속 장치(24)는 그레이디드 인덱스형 광섬유(22)로 구성된다. 이와 같은 형태의 섬유(22)의 종단 구역(30)은, 전술한 바와 같이, 상기 부분내에서 복사 에너지가 집속되어 결국 집속된 비임(26)이 생기게 하는 반경방향으로 변하는 굴절율을 가지고 있다. 그레이디드 인덱스 광섬유의 적당한 한가지 형태는 SEL-FOC로 공지된 형태이다.

제4 및 5도에 도시한 렌즈들은 오직 도시예일 뿐이며, 특정한 응용에 대해서는 두개 이상의 이와 같은 렌즈들이 이용될 수도 있다. 또한, 집속 장치(24)는 렌즈들 또는 그레이디드 인덱스형 광섬유 이외의 다른 것일 수 있다. 복사 에너지 출력을 집속하기 위해 실시가능한 임의의 집속 장치가 본 발명에 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 광자원(20)의 복사 에너지 출력의 파장 또는 파장 범위는 점화되기에 적당한 탄화수소 연료의 복사선 흡수 특성들과 관계가 있다. 제6도는 여러 탄화수소 연료들, 특히 JP-4, JP-5 및 제2연료유(디이젤 연료)[No.2 fuel oil(diesel fuel)]에 의한 복사 에너지의 흡수율을 도시한 그래프이다. 물론, 연료의 흡수는 투과율(transmittance)의 역함수이며, 즉, 투과율의 100%는 흡수율의 0%와 일치한다. 마찬가지로, 투과율 0%는 흡수율 100%와 일치한다. 도면으로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, JP-5의 흡수율은 약 400nm 이상의 긴 파장들 범위에 대해서, 약 620nm의 범위에서 조금 상승하는 것 이외에는, 대체로 1 또는 2%를 유지한다. 제6도의 그래프에 있어서, 파장은 최대 900nm까지 도시한다.

400nm 이하에서는, 335nm에서의 흡수율이 거의 80%가 될 정도로 흡수율은 급상승한다. 약 330nm 이하에서는 흡수율이 최대이어서, 대체로 100%에 달한다. 이와 같이 높은 흡수율의 파장 범위는 전자기 스펙트럼상에서 자외선 부분내에 들어간다. 특히, 이와 같은 높은 흡수율의 구역은 공기의 투과 차단 파장(transmission cut off wavelength)인 약 185nm로부터 약 400nm까지에 이르는 상기 자외선 스펙트럼 부분내에 들어간다. 약 185nm 이하는 진공 자외선으로 특징지어지는 구역에 들어가므로, 작동을 위해 공기 환형(air environment)에 의지하는 가스 터어빈 엔진과 같은 엔진에 대해 특별한 관계가 없다. 물론, 관계있는 특별한 파장 또는 파장들은 연소실내에 사용하기 에 적당한 연료에 의해 강력하게 흡수되도록 결정된 파장들의 범위에 좌우된다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 스펙트럼의 자외선 구역내에 한정되게 존재하는 이와 같은 파장들 이외의 다른 파장들을 가지는 복사선을 가지고서도 실행될 수 있다.

널리 공지된 바와 같이, 물질에 의한 전자기 에너지의 흡수는 이와 같이 흡수된 에너지로 인해 물질내에 국부적인 가열을 유발시킨다. 예컨대, 보통의 창유리(window glass)는 스펙트럼의 적외선 부분내의 전자기 복사선에 대해 높은 투과율을 나타내는 것으로 공지되어 있다. 그러므로 한장의 창 유리에 조사된 일광과같이, 적외선 부분내의 파장들을 가지는 전자기 복사선원은 적외선 복사선이 상기 창유리를 대체로 방해없이 통과하므로 유리에 무사해도 좋을 정도의 가열을 야기시킨다. 그러나, 유리는 자외선 복사선의 유효한 흡수체이므로 유리에 흡수된 일광의 자외선 성분으로 인해 따뜻해질 것이다.

전술한 예에 따라서, 만일 광자원(20)의 복사 에너지 출력이, 예컨대, JP-5에 의해 강력하게 흡수되는 파장들과 일치하는 파장 범위를 가지면, JP-5의 소적은 복사 에너지 출력에 노출될때 국부적으로 가열될 것이다. 만일 광자원이 충분한 에너지로 되어 있으며, 이와 같은 국부적인 가열이 일어나서 결국 JP-5 소적의 분열, 전기적 파괴(breakdown) 및 점화가 일어난다. 전술한 복사 에너지의 접속은 적당한 파장에서 충분한 출력 에너지를 얻기 위한 한가지 방법일 뿐이다.

이제 제7도에 대해 설명하면, 제7도에는 연료 분무(18)내에 존재하는 소적들을 상징하는 대표적인 연료소적(50)을 도시한다. 소적(50)은 완전한 구형을 가지며 또한 점화시에, 전형적으로 20 내지 100㎛ 또는 그 이상의 직경을 가질 수 있고, 상기 직경의 실제값은 연료 온도 및 주입기 설계와 같은 여러 요인들에 달려 있다. 연료 분무(18)내에 존재하는 소적들의 평균 직경은 주로 연료 주입기(16)의 작용이다. 그래프(52)는 소적에 의한 약 185 내지 400nm의 파장들 범위내에 있는 복사선의 흡수에 따른 소적(50)의 내부 온도변화를 3차원으로 도시하며, 복사선은 화살표 A로 도시한 방향으로부터 소적상에 충돌한다. 그래프(52)는 소적(50)의 상부 반구체(54)의, 즉 소적(50)을 관통하는 이퀴토리알 평면(equitorial plane)(56)의 위에 있는 소적의 구역의, 내부 온도를 도시한다. 물론, 전체 소적은 이런식으로 가열된다.

도면으로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 소적의 내부 온도는 공간적으로 변하는 크기들을 가지는 비선형방식으로 변한다. 이와 같은 온도 분포 특성(temperature profile), 또는 열경사도(thermal gradient)는 충돌 복사선의 편광, 복사선의 파장 및 세기, 소적의 직경, 및 소적(50)내의 탄화수소 연료의 복합 굴절률(comple index of refraction)과 같은 여러 요소들에 좌우된다. 가스 터어빈 엔진의 공기/연료 분무내에서 전형적으로 발견되는 크기를 가지며 또한 파장들의 범위가 약 185 내지 400nm인 자외선 복사선에 노출된 소적들에 대해서는 소적의 국부적인 구역들내의 내부 온도가 탄화수소 연료의 증기 온도(vapor temporature)를 크게 초과한다는 것이 알려져 있다. 예컨대, 대기압에서 JP-4의 증기 온도는 약 104℃이고, JP-4의 증기온도는 약 221℃이며 또한 제2연료유는 약 243℃이다. 이와 같은 국부적인 고온 구역들은 결국 액체 연료 소적내의 과열된 탄화수소 연료 증기의 구역을 형성시키며, 제7도에는 상기 국부적인 고온 구역들중 2개를 구역(58)로 도시한다. 과열된 증기의 이와 같은 구역의 팽창은 소적의 표면상에 소적의 표면 장력을 초과하는 힘을 발생시켜서, 결국 소적(50)의 파괴가 일어난다. 또한 이와 같은 소적(50)의 파괴는 소적(50)을 둘러싸는 구역내로 연료의 과열된 증기 및 극미한 크기의 소적(submicron size droplet)들, 또는 국소적(subdroplet)들의 방출이 일어난다. 소적(50)의 이와 같이 국부적인 가열, 파괴 및 방출은, 전형적으로 10^-8초 이하인, 짧은 지속 시간 안에 일어나는 것으로 알려져 있다.

소적의 분열후에, 전술한 바와 같이, 충돌 복사선의 에너지는 또한 연료/공기 혼합체의 분자 파괴를 야기시켜 결국 자유 전자들의 발생이 일어난다. 또한, 복사 에너지의 세기(intensity of the radiant energy)는 연료/공기 혼합체 내에 존재하는 산소로부터 원자 산소(atomic oxygen)를 발생시키게 충분하다. 자유전자들, 원소 산소(elemental oxygen), 및 연료 증기 및 미소적들인, 다양한 성분들이 공간의 한정된 구역내에 존재하면 결국 이와 같은 구역내에서 연료의 점화가 일어난다.

전술한 바와 같이, 충돌 복사선의 파장은 이와 같은 점화를 성취하는데 있어서 하나의 중요한 인자이다.

또한, 공간의 주어진 구역내의 이와 같은 입사 복사선(incident radiation)의 세기 역시 중요한 인자이다.

복사선 파장 및 세기가 광자원(20), 전달 장치(22) 및 집속 장치(24)에 의해 결정되는 주요 사항이므로, 이하 본 발명의 이와 같은 성분들을 보다 상세히 기술한다.

제9도와 관련하여 제8도에 대해 설명하면, 제9도에는 광자원(20)이 전자기 스펙트럼의 자외선 부분내에 있는 광자 출력을 가지는 섬광등(60)으로 구성된 본 발명의 한 실시예를 도시한다. 제8도에서 알 수 있는 바와 같이, 섬광등(60)은 약 200 내지 380nm의 파장 범위를 가지는 곡선 A로 표시한 출력을 가진다.

만일 제6도 및 8도의 그래프가 서로 중첩되어 있다면, 파장들의 이와 같은 범위가 JP-5에 의해 가장 강하게 흡수되는 파장들의 범위내에 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

섬광등(60)은 방전 전압원(source of discharge voltage)(66)에 연결된 양극(62) 및 음극(64)로 구성된다. 섬광등(60)은 트리거 원(trigger source)(70)에 연결된 트리거 전극(68)로 또한 구성될 수 있으며, 상기 트리거 원(70)은 섬광등(60)으로부터 전자기 복사선의 펄스(pulse)(74)들을 일으키기 위하여 트리거 전극(68)상에 조절가능한 방식으로 고전압 펄스들을 공급하도록 작동가능하다. 전자기 복사선의 펄스는 적당한 창(window)(72)를 통해 섬광등(60)을 빠져 나오며, 상기 펄스(74)는 집광 렌즈(condensing lens)(76)에 의해 수집되고 또한 광섬유(22)와 같은 전달 장치에 의해 집속 장치(24)로 전달된다. 이에 의해 섬광등(60)의 집속된 출력은 연소실내의 공기/연료 분무의 점화를 일으키도록 연소실(15)내에 공급된다.

집광 렌즈(76)은, 펄스(74)의 적절한 특성들에 따라서, 하나 또는 그 이상의 렌즈들로 구성될 수 있다.

예컨대, 비교적 적은 F수(f-number)를 가지는 집광 렌즈들은 보다 많은 복사선들을 수집하므로 출력 비임에 보다 큰 파워(power)를 준다. 다원소 집광 렌즈(multi-element condensing lens)(76)은 대체로 보다 작은 구면 수차(spherical aberration)를 가지므로 보다 많은 비임 에너지가 섬유(22)의 단부내로 집속된다. 또한 섬광등(60)은 집광 렌즈(76)내로 더 많은 양의 출력 복사선을 반사하도록 적당히 위치된 반사기(도시 생략)를 갖추고 있을 수 있다.

공지된 바와 같이, 섬광등(60)과 같은 섬광등에는 전형적으로 자외선 복사선의 생산에 적절한 수은-크세논(mercury-xenon)과 같은 기체 매질이 들어 있다. 중수소(deuterium)는 적절한 자외선 범위내의 출력을 제공하는 다른 기체 매질이다. 섬광등(60)용으로 선택된 특정한 매질은 적절한 파장 범위내에서 높은 세기의 전자기 출력을 마련하는데 낙관적일 수 있다.

이제 제10도에 대해 설명하면, 제10도에는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 제10도에 있어서, 레이저(78)은 방전원(84)에 연결된 한쌍의 전극들(80)과 (82) 사이의 구역에 의해 형성된 공동(cavity)을 가지는 것을 알 수 있다. 방전원(84)는 레이저(78)내에 마련된 레이잔트 매질(lasant medium)(도시생략)을 여기시키기 위하여 전극들(80) 및 (82)에 에너지를 주도록 작동 가능하다. 또한 레이저(78)은 레이저 공동의 한쪽 단부에 마련된 반사 거울(86) 및 공동의 반대쪽 단부에 마련된 부분 반사/부분 투과 출력 거울(partially reflecting/partially transmissive output mirror)(88)로 구성된다.

전극들(80) 및 (82)와 관련한 방전원(84)의 작용으로 인하여, 레이저(78)내의 레이잔트 가스 매질은 레이저를 발생시켜서, 제1집광 렌즈에 의해 광섬유(22)와 같은 전달 장치로 순차적으로 운반되는 출력 복사선의 강한 펄스(90)을 발생시킨다. 펄스(90)은, 만일 섬유가 전술한 그레이디드 인덱스형으로 되어 있으면, 집속 렌즈(94)에 의하거나 또는 섬유(22) 자체의 광학적 특성들에 의하여, 섬유(22)를 빠져 나오자 마자 집속될 수 있다. 일반적으로, 이와 같은 레이저의 작동은 펄스 반복수(pulse repetition rate)에 관해 제어되도록 마련되 있어서 매초당 발생된 펄스들의 수가 제어되는 대로 변화될 수 있다. 섬광등(60)에 있어서와 같이, 이와 같은 펄스 반복수에 관한 제어는, 조종사와 같은 엔진 사용자에 의하거나, 또는 섬광등 또는 레이저와 연결된 적절하고 널리 공지된 제어기들에 의해 성취될 수 있다. 그러므로 스파아크 점화기 점화 시스템의 고정된 발화율(fixed firing rate)은 극복될 수 있다.

레이저(78)은 약 250nm의 특성 파장을 가지는 크립톤-불소(kryton-fluoride)로 구성된 래이잔트 가스매질을 가지는 엑사이머 레이저(excimer laser)일 수 있다. 제8도를 참조하면, 이와 같은 특성 파장이 스펙트럼 선 B(spectral line B)로 도시되어 있는 것을 알 수 있다. 레이저(78)내의 레이잔트 매질은 또한 308nm의 특성 파장을 산출하는 크세논-염소(xenon-chloride)일 수도 있다. 이와 같은 파장은 제8도에서 스펙트럼선 C로 도시한다.

일반적으로, 섬광등(60)은 비교적 넓은 범위의 파장들을 산출하고 반면에 레이저(78)은 보다 좁은 범위의 파장들 또는 특정한 파장만을 산출한다. 물론, 섬광등(60)이나 또는 레이저(78)에 채택된 특정한 매질은 출력 복사선의 요구된 파장 또는 파장들에 의해 결정되므로, 다수의 공지된 기체 또는 비기체 매질들로 구성될 수 있다. 전술한 기체 매질들의 예들은 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 이와 같은 특정한 매질들 또는 이와 같은 매질들과 연관된 파장들로 국한하는 것은 아니다. 유사한 방식에 있어서 광자원(20)은 점화되도록 요구되는 특정 연료에 의해 강하게 흡수되는 것으로 측정된 파장들로 구성된 연속적으로 또는 펄스로 된 출력을 가지는 임의의 전자기 에너지원일 수 있다.

전술한 바와 같이, 연료 분무내의 적절한 공간 구역에 있는 비임의 세기, 또는 파워(W/cm²)는 또한 연료의 점화를 이루는데 중요한 고려사항이다. 제9도에 도시한 본 발명의 섬광등 실시예의 경우에 있어서는 10W의 평균 펄스 파워가 공기/연료 분무의 점화를 유발시키기에 충분한 것으로 측정되었다. 그러므로, 만일 섬광등(60)이, 예컨대, 매초당 10펄스로 작동되면, 각각의 이와 같은 펄스는 약 1J의 특성 에너지를 가진다. 섬광등의 펄스 폭(pulse width)은 10^-7초와 동일하거나 또는 10^-7초 미만일 수 있다. 물론, 섬광등(60)의 펄스폭이 더 짧아질수록 펄스내에 포함된 순간 파워는 점점 더 커질 것이다.

제10도의 실시예에 대해서는, 0.1J의 펄스 파워 및 약 10^-8초의 펄스폭을 가지는 크세논-염소가 공기/연료 분무의 점화를 유발시키기에 충분한 것으로 알려져 있다. 일반적으로, 필수적인 파워는 분무내의 비임의 집속도, 분무의 분자조성, 분무내에 들어 있는 소적들의 직경, 및 다수의 다른 인자들과 관계가 있다.

그러므로, 광자원으로 채택된 특정한 원의 스펙트럼 및 파워 특성들은 특정한 응용의 필요에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 약 10⁸내지 10⁹W/cm²은 연료 증기와 극미한 크기의 소적들의 혼합체를 점화시키기에 충분한 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 혼합체는 소적의 파괴중에 소적에 의해 방출된 것이다. 이와 같은 파워는 어떤 소적들도 포함하지 않는 순수한 연료 증기의 전기적 파괴를 유발시키는데 필요한 것으로 알려진 약 10¹¹W/cm²의 파워 레벨(power level)에 비해 유리하다.

전술한 내용으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명을 사용하면 많은 이익이 따르며 또한 선행 기술의 스파이크 점화기 기술에 관한 많은 문제점들을 극복할 수 있다. 예컨대, 스파아크 점화기를 사용하는 가스터어빈 엔진에는 전형적으로 두개의 스파아크 점화기들이 갖추어져 있으며, 그중 하나는 제1점화기의 사용 수명이 초과됐을때 사용하기 위한 예비용으로 보유하고 있다. 그러나, 섬광등을 사용하면 보수 일정이 크게 감소된다. 예컨대, 섬광등이 스파이크 점화기원의 약 3배에 해당하는 매초당 10회의 섬광으로 작동되면, 10⁸펄스의 섬광등의 최소 수명시간(lifetime)이 약 2000시간의 작동 수명을 제공한다. 레이저 원의 유효 수명은 전형즉으로 수백만 펄스로 측정될 수 있으므로, 유사한 성능을 제공한다. 물론, 두개의 독립된 광자 점화 시스템들은 엔진 신뢰도에 관계된 여분(redundancy)을 얻기 위하여 각각의 엔진에 갖춰질 수 있다.

유효 수명에 있어서의 전술한 증가는, 점화 시스템이 엔진의 작동 동안 영구적인 상태로 될 수 있으서, 엔진의 신뢰도를 크게 개선할 수 있으므로, 가스 터어빈 엔진에 있어서 더욱 큰 이익이 된다. 전형적으로, 스파아크 점화기는 연소실내에 우연한 연소 실패(inadvertent loss of combustion)가 생기는 경우에 공기/연료 분무를 신속히 재점화하기 위하여 항공기의 이륙 및 착륙동안 작동 상태에 놓여 있다. 스파아크 점화기 시스템은 이륙 및 착륙 이외의 다른 비행동안 꺼질 수 있다. 만일 비행중에 연소의 실페가 있으면, 스파아크 점화기 시스템은 공기/연료 혼합체를 점화하기 위하여 한번 더 에너지가 주어져야만 한다. 그러나, 본 발명을 사용하면, 모든 비행 상태동안 점화 시스템을 일정하게 사용하는 것이 가능하며, 따라서 점화기 교체(ignitor replacemrnt)로 인한 보수 일정의 증가를 초래하지 않는다. 그러므로, 엔진의 종합 신뢰도는 개선된다. 물론, 동력원으로서 가스 터어빈 엔진들을 사용하는 다른 시스템들에 있어서도, 본 발명의 이와 같은 특징은 연소실내에서의 우연한 화염 상실(inadvertent loss of flame)로 인한 동력의 손실을 충분히 막도록 또한 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 사용하면 광자 점화 시스템은 하나의 광자원이 복수개의 엔진들내에 점화를 일으키는 것이 실행 가능하도록 설계될 수 있다는 점에서 유리하다. 제11도에서 알 수 있는 바와 같이, 광자 출력(102)를 가지는 광자원(100)은 광자 출력을 순서대로 복수개의 광섬유들(110-114)내로 각각 연결해 주는 복수개의 집광 렌즈들(104-108)이 갖추어져 있다. 각각의 섬유들(110-114)는 광자 출력(102)의 일부를 각각 대응하는 가스 터어빈 엔진들(116-120)로 전달한다. 그러므로, 엔진들내에 신뢰할 수 있는 점화를 제공하면서도, 비용, 복잡성 및 중량이 크게 절약될 수 있다.

또한 본 발명의 사용은 고정된 파장 또는 파장들의 범위로 제한될 필요가 없으며, 이는 광자원으로부터 제어 가능하고 다양한 파장 출력을 마련하는 본 발명의 범위내에 포함된다. 에컨대, 연료가 엔진으로 공급될때 연료의 파장 흡수 특성들을 연속적으로 실재 시간(real time)내에 측정하는, 적절한 파장 흡수 측정장치가 엔진용 연료원과 연결될 수도 있다. 측정된 흡수 특성들을 기초로 하면, 원의 파장 출력은, 파장 출력이 연료의 흡수 특성에 가장 알맞도록, 제어가능한 디프랙션 그레이팅 장치(controllable defraction grating means)에 의하는 것과 같이 동적으로 변화될 수 있다.

또한 본 발명의 사용은 연료의 흡수 특성들을 강화하기 위해 독특하게 포함되는 첨가물들을 연료에 첨가하는 것을 필요로 하지 않는다. 마찬가지로, 본 발명의 사용은, 예컨대 매연 입자들과 같이, 엔진의 작동으로 인해 연료내에 존재할 수 있는 흡수성 물질의 존재를 필요로 하지 않는다 . 또한, 광자 출력이 연료에 의해 강하게 흡수되는 파장 범위내에 있기 때문에, 점화를 이루기 위하여 복수의 에너지 펄스들을 마련하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.

전술한 본 발명의 설명을 기초로 하면, 본 발명의 도시한 실시예들은 다만 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 이와 같은 실시예들로 국한하는 것은 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 그 대신에, 본 발명의 범위는 첨부한 특허 청구의 범위에 의해 정해지는 것으로 한정한다.

Claims

탄화수소 연료의 소적들로 구성된 탄화수소 연료의 점화 방법에 있어서, 탄화수소 연료에 의해 강하게 흡수되는 전자기 에너지의 파장 범위를 결정하는 단계와, 탄화수소 연료의 소적들을 제공하는 단계와, 결정된 파장 범위내에 있는 하나 또는 그 이상의 파장들을 가지는 전자기 에너지를 발생시키는 단계, 및 하나 또는 그 이상의 소적들이 에너지를 흡수하고 또한 그에 의해 가열되어 소적 또는 소적들이 점화되며 또한 순차적으로 연료내의 모든 소적들을 충분히 점화시키도록 에너지를 연료내로 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 연료 점화 방법.
제1항에 있어서, 제공 단계가 하나 또는 그 이상의 연료 주입기들에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄화수소 연료 점화 방법.
제1항에 있어서, 발생 단계가 펄스로 된 전자기 에너지원에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄화수소 연료 점화 방법.
제1항에 있어서, 유도 단계가 에너지를 연료로 전달하도록 작동가능한 전달장치내로 에너지를 유도하는 단계 및 에너지가 연료내의 적절한 구역내에 집속되도록 에너지를 집속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 연료 점화 방법.
제4항에 있어서, 적절한 구역이, 연료의 점화가 최소 소요량의 전력으로 발생된 전자기 에너지를 가지고 일어나는 최적 구역이 되도록 결정된 구역인 것을 특징으로 하는 탄화수소 연료 점화 방법.
가스 터어빈 엔진의 연소실내의 공기/연료 혼합체의 점화 방법에 있어서, 복사 에너지 출력을 산출하도록 전자기 에너지 원을 활성화시키는 단계 및 연소실내의 공기/연료 분무내로 출력을 유도하는 단계를 포함하고, 상기 분무는 연료 소적들로 구성되어 있어서 하나 또는 그 이상의 소적들이 복사 에너지를 흡수하므로 상기 소적 또는 소적들이 가열되어 점화되며, 이에 의해 분무가 또한 점화되는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제6항에 있어서, 유도 단계가 복사 에너지를 원으로 부터 연소실로 전달하는 단계 및 복사 에너지를 분무내의 예정된 공간 위치에 집속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제7항에 있어서, 집속 단계가 연소실에 인접하게 배치된 집속 장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제7항에 있어서, 예정된 공간 위치가 원의 최소 소요 복사 에너지 출력을 가지고 분무를 점화하기 위한 최적 위치가 되도록 결정된 위치인 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제6항에 있어서, 활성화 단계가 예결정된 파장 또는 파장들을 가지는 레이저 복사선을 산출하도록 레이저를 활성화시키는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제10항에 있어서, 유도 단계가 광학적 전달 장치를 통해 레이저 복사선의 펄스를 전달하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제10항에 있어서, 레이저가 자외선 범위내에 있는 특성 파장을 가지는 레이저 복사선의 펄스를 산출하도록 작동 가능한 레이저인 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제6항에 있어서, 활성화 단계가 특성 파장 범위를 가지는 복사 에너지의 펄스를 산출하도록 섬광등을 활성화시키는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제13항에 있어서, 섬광등이 자외선 강화 섬광등이며 또한 특성 파장 범위가 약 180 내지 400nm의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
가스 터어빈 엔진의 연소실내의 연료 분무를 점화하기 위한 광자 점화 시스템에 있어서, 예결정된 파장 범위내에 있는 파장 또는 파장들을 가지는 광자원을 발생하기 위한 장치와 광자들을 상기 발생 장치로부터 가스 터어빈 엔진내의 연소실로 전달하기 위한 장치 및 광자들을 연소실내의 연료 분무로 유도하기 위한 장치를 포함하고, 상기 분무는 광자들을 흡수하여 점화 온도까지 가열되고 이에 의해 연료가 점화되는 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제15항에 있어서, 상기 전달 장치가 광섬유인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제16항에 있어서, 상기 유도 장치가 분무의 적절한 구역내에 광자들을 집속하도록 상기 섬유의 출력단부와 분무 사이에 배치된 광학적 집속 장치인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제16항에 있어서, 상기 유도 장치가 분무의 적절한 구역내에 광자를 광학적으로 집속하도록 작동 가능한 반경방향으로 변하는 굴절율을 가지는 상기 섬유의 종단부분인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제15항에 있어서, 상기 예결정된 파장 범위가 대체로 185 내지 400nm의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제19항에 있어서, 상기 발생 장치가 상기 예결정된 파장 범위내에 있는 파장들을 가지는 펄스로된 광자 출력을 발생시키도록 작동 가능한 섬광등인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제19항에 있어서, 상기 발생 장치가 상기 예결정된 파장 범위내에 있는 파장 또는 파장들을 가지는 광자 출력을 발생시키도록 작동 가능한 레이저인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
엔진의 연소실내의 공기/연료 분무를 점화하기 위한 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템에 있어서, 연료에 의해 강하게 흡수되는 파장들의 범위와 일치하는 특성 파장 또는 파장들을 가지는 광자들의 원과 광자들을 원으로 부터 연소실로 전달하도록 작동가능한 광자 전달 장치 및 연료를 점화하기 위해 연소실의 최적 구역내에 전달된 광자들을 집속하도록 작동 가능한 집속 장치를 포함하고, 광자들의 흡수가 연료의 가열을 유발시키는 것을 특징으로 하는 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템.
제22항에 있어서, 상기 집속 장치가 연소실을 둘러싸는 하우징을 관통하게 만들어진 개구부를 통해 광자들을 집속하는 것을 특징으로 하는 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템.
제22항에 있어서, 상기 집속 장치가 연소실의 연료 주입기내에 마련되고, 상기 집속장치는 상기 연료주입기로부터 내뿜어지는 공기/연료 분무에 의해 형성된 구역에 광자를 집속하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템.
제22항에 있어서, 연료가 탄화수소 연료로 구성되고 또한 파장들의 범위가 약 185 내지 400nm인 것을 특징으로 하는 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템.
제25항에 있어서, 상기 광자들의 원이 섬광등 시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템.
제25항에 있어서, 상기 광자들의 원이 레이저 시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템.
제22항에 있어서, 연소실이 복수개의 광자 점화 시스템들로 갖추어져 있는 것을 특징으로 하는 가스 터어빈 엔진 광자 점화 시스템.
가스 터어빈 엔진의 연소실내의 탄화수소 연료의 소적들로 구성된 연료 분무의 점화 방법에 있어서, 약 180 내지 400nm 사이의 파장 범위내에 있는 파장들을 가지는 전자기 에너지의 펄스를 발생시키는 단계와 펄스가 하나 또는 그 이상의 소적들과 접촉하도록 펄스를 집속하는 단계와 소적들의 하나 또는 그 이상의 내부 구역들이 탄화수소 연료의 증기 온도를 초과하는 온도를 가지도록 열경사도가 소적내에 유발되게 펄스의 에너지를 소적내에 흡수하는 단계 및 연료의 증기 온도를 초과하는 구역내의 연료의 온도로 인해 구역 또는 구역들내의 연료를 증발시키는 단계를 포함하고, 상기 증발 단계에 의하여 소적의 표면에 증기의 팽창으로 인해 외측으로 유도된 힘이 가해지며, 상기 힘은 소적의 표면 장력을 초과하여 소적의 표면을 파괴시키므로 증기가 방출되고 또한 소적이 더 작은 소적들 및 자유 전자들로 분열되어 이에 의해 소적을 점화하고, 소적의 점화는 다른 인접한 소적들을 점화시켜 연료 분무내의 모든 소적들이 충분히 점화되는 것을 특징으로 하는 연료 분무 점화 방법.
제29항에 있어서, 발생 단계가 섬광등을 활성화시키는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분무 점화 방법.
제29항에 있어서, 발생 단계가 레이저를 활성화시키는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분무 점화 방법.
시스템에 동력을 제공하기 위한 하나 또는 그 이상의 가스 터어빈 엔진을 가지며, 각각의 엔진들이 공기/연료 혼합체가 점화되는 연소실로 구성되는 시스템에서 각 연소실들내의 공기/연료 혼합체를 점화하는 방법에 있어서, 복사 에너지 출력을 산출하도록 전자기 에너지원을 활성화시키는 단계 및 각각의 연소실내의 공기/연료 혼합체내로 출력을 유도하는 단계를 포함하고, 상기 혼합체가 연료 소적들로 구성되어 하나 또는 그 이상의 소적들이 복사 에너지를 흡수하므로 소적 또는 소적들이 가열되어 점화되고, 이에 의해 분무가 점화되는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제32항에 있어서, 시스템이 항공기이고 또한 활성화 단계가 항공기의 이륙 및 착륙중에 반복적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제32항에 있어서, 시스템이 항공기이고 또한 활성화 단계가 항공기의 이륙, 비행 및 착륙중에 반복적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
제32항에 있어서, 활성화 단계가 초기 시동중에 이루어지고 또한 각각의 엔진들의 작동중에도 이루어져서 이에 의해 엔진내의 연소 실패로 인한 하나 또는 그 이상의 엔진들로 부터의 동력 손실의 확률이 충분히 제거된 것을 특징으로 하는 공기/연료 혼합체 점화 방법.
연소실내의 탄화수소 연료를 점화하기 위한 광자 점화 시스템에 있어서, 예결정된 파장 범위내에 있는 파장 또는 파장들을 가지는 광자원을 발생하기 위한 장치와 광자들을 상기 발생장치로 부터 연소실로 전달하기 위한 장치 및 광자들을 연소실내의 탄화수소 연료로 유도하기 위한 장치를 포함하고, 상기 연료는 광자들을 흡수하여 점화 온도까지 가열되고 이에 의해 연료가 점화되는 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제36항에 있어서, 상기 전달 장치가 광섬유인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제37항에 있어서, 상기 유도 장치가 연료의 적절한 구역내에 광자들을 집속하도록 상기 섬유의 출력단부와 연료 사이에 배치된 광학적 집속 장치인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제37항에 있어서, 상기 유도 장치가 연료의 적절한 구역내에 광자를 광학적으로 집속하도록 작동 가능한 반경방향으로 변하는 굴절율을 가지는 상기 섬유의 종단 부분인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제36항에 있어서, 상기 예결정된 파장 범위가 대체로 185 내지 400nm의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제40항에 있어서, 상기 발생 장치가 상기 예결정된 파장 범위내에 있는 파장들을 가지는 펄스로 된 광자 출력을 발생시키도록 작동 가능한 섬광등인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.
제40항에 있어서, 상기 발생 장치가 상기 예결정된 파장 범위내에 있는 파장 또는 파장들을 가지는 광자 출력을 발생시키도록 작동 가능한 레이저인 것을 특징으로 하는 광자 점화 시스템.