SISTEMA DE ENCENDIDO LÁSER.

Sistema de un encendido láser (2) de un carburante pulverizado en una cámara de combustión (10),

comprendiendo el sistema:

- una fuente láser (4) para generar un haz láser (6);

- una fibra óptica (8) apropiada para transmitir el haz láser generado (6) en la cámara de combustión (10);

- unos medios de acoplamiento (12, 16, 17, 18) de la fuente láser (4) a la fibra óptica (8); comprendiendo los medios de acoplamiento (12, 16, 17, 18):

- una lente de acoplamiento (18);

- un conector (17) de conexión de la fuente láser (4) a la fibra óptica (8); y

- unos medios (16) de sostenimiento rectilíneos de una porción de entrada (23) de la fibra óptica (8) dispuestos corriente abajo del conector (17) y que se extienden en una distancia previamente definida de la fibra óptica (8); caracterizado porque la lente de acoplamiento (18) es apropiada para enfocar el haz láser (6) en un punto focal (20) situado corriente arriba de la fibra óptica (8).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06291930.

Solicitante: Meggitt (France).

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 10 rue Mercoeur 75011 Paris FRANCIA.

Inventor/es: Gaborel,Gaël, El-Rabii,Hazem, Lapios,Jean-Paul, De La Bardonnie,Jean.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 14 de Diciembre de 2006.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F02C7/264 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › Encendido.
  • F02K9/95 F02 […] › F02K PLANTAS MOTRICES DE PROPULSION A REACCION (disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción sobre vehículos de tierra o vehículos en general B60K; disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción en buques B63H; control de la posición de aeronaves, dirección del vuelo o de la altitud, por propulsión a reacción B64C; disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción en aeronaves B64D; instalaciones caracterizadas porque la potencia del fluido energético se divide entre propulsión a reacción y otra forma de propulsión, p. ej. a hélice, F02B, F02C; características de las instalaciones de propulsión a reacción comunes a las plantas de turbinas de gas o control de la alimentación de combustible en las instalaciones de propulsión a reacción que consumen aire F02C). › F02K 9/00 Plantas o instalaciones de motor cohético, es decir, instalaciones que llevan combustible y oxidante; Su control (composiciones químicas de propulsión C06B, C06D). › caracterizadas por los medios o dispositivos de arranque o encendido (dispositivos de seguridad F02K 9/38).
  • F02P23/04 F02 […] › F02P ENCENDIDO DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIFERENTE AL ENCENDIDO POR COMPRESION; PRUEBAS DE REGULACION DEL ENCENDIDO EN MOTORES DE ENCENDIDO POR COMPRESION (especialmente adaptados a motores de pistón rotativo u oscilante F02B 53/12; encendido de aparatos de combustión en general, bujías incandescentes F23Q; medida de variables físicas en general G01; control en general G05; tratamiento de datos en general G06; componentes eléctricos en general, ver la sección H; bujías de chispa H01T). › F02P 23/00 Otros sistemas de encendido. › Otros medios físicos de encendido, p. ej. utilizando rayos láser.

Clasificación PCT:

  • F02C7/264 F02C 7/00 […] › Encendido.
  • F02P23/04 F02P 23/00 […] › Otros medios físicos de encendido, p. ej. utilizando rayos láser.
  • F23Q21/00 F […] › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION.F23Q ENCENDIDO (dispositivos para encender cerillas A24F;  encendedores químicos  C06C 9/00 ); DISPOSITIVOS DE APAGADO. › Dispositivos para provocar el encendido a distancia.
  • H01S3/0941 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA.H01S 3/00 Láser, es decir, dispositivos para la producción, amplificación, modulación, demodulación o el cambio de frecuencia utilizando la emisión estimulada de ondas infrarrojas, visibles o ultravioletas (láseres de semiconductor H01S 5/00). › producida por un láser semiconductor, p. ej. un diodo láser.
  • H05H1/22 H […] › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › H05H 1/00 Producción del plasma; Manipulación del plasma (aplicación de la técnica del plasma a reactores de fusión termonuclear G21B 1/00). › para calefacción por inyección.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2371596_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a un sistema de encendido láser para turbomáquina aeronáutica e industrial. En particular, la invención se refiere a un sistema de encendido láser de un carburante pulverizado en una cámara de combustión, comprendiendo el sistema una fuente láser adaptada para generar un haz láser, una fibra óptica apropiada para transmitir el haz láser generado en la cámara de combustión y unos medios de acoplamiento de la fuente láser con la fibra óptica. Son conocidos unos sistemas de encendido en los que una caja de encendido genera una descarga eléctrica transmitida por medio de un conductor eléctrico hacia una bujía constituida por dos electrodos entre los cuales se forma una chispa. Sin embargo, estos sistemas de encendido no permiten encender unas mezclas pobres y presentan unos problemas de mantenimiento de la combustión o de reencendido en vuelo. Además, estos sistemas de encendido necesitan numerosos trabajos de mantenimiento. Por otra parte, son conocidos unos sistemas de encendido láser por descarga eléctrica resonante, en particular a partir de los documentos WO 98/11388 y EP 0 290 154, en los que se enfoca un haz láser en una cámara de combustión hasta que la densidad de potencia de la radiación del haz láser genera la creación de un plasma y provoca la inflamación de gotas de carburante. Sin embargo, estos sistemas de encendido son frágiles y tienen un rendimiento bajo. La invención tiene por objeto un sistema de encendido láser adaptado para suministrar unas potencias elevadas y apropiadas para soportar unas condiciones de presión, vibración y temperatura importantes en particular relacionadas con una utilización en unas turbomáquinas aeronáuticas. Con este fin, la invención tiene por objeto un sistema de encendido láser del tipo citado, caracterizado porque los medios de acoplamiento comprenden: - una lente de acoplamiento apropiada para enfocar el haz láser en un punto focal situado corriente arriba de la fibra óptica; - un conector de conexión de la fuente láser con la fibra óptica; - unos medios de sostenimiento rectilíneos de una porción de entrada de la fibra óptica dispuestos corriente abajo del conector y que se extienden en una distancia previamente definida de la fibra óptica. Según unos modos particulares de realización, el sistema de encendido láser comprende una o varias de las características siguientes: - la lente de acoplamiento presenta una distancia focal comprendida entre 50 y 200 mm; - los medios de sostenimiento rectilíneos de la fibra óptica se extienden en una distancia superior o igual a 20 cm para impedir la destrucción de la fibra óptica; - los medios de acoplamiento de la fuente láser con la fibra óptica comprenden entre la fuente láser y la fibra óptica, una caja que contiene un gas que tiene un potencial de ionización superior al potencial de ionización del aire; - la fuente láser es apropiada para producir un haz láser que tiene un perfil uniforme en campo próximo; - el sistema de encendido comprende unos medios de acoplamiento de la fibra óptica con la cámara de combustión que comprenden por lo menos una lente convergente de colimación que presenta una distancia focal comprendida entre 30 y 400 mm; - los medios del acoplamiento de la fibra óptica con la cámara de combustión comprenden además, corriente abajo de la lente de colimación, una lente de enfocado que presenta una distancia de enfocado comprendida entre 5 y 200 mm; - la lente de enfocado es una lente de zafiro recubierta con una capa antirreflectante de óxido de silicio, estando el espesor de la capa de óxido de silicio definido a partir de la fórmula siguiente: 2 E06291930 11-11-2011   Espesor de la capa de óxido de silicio = m x 0,25 x n en la que: - m es un número entero par; - es la longitud de onda del haz láser; y - n es el índice de refracción del óxido de silicio; 3 ± 50 nm - la fuente láser es apropiada para generar un haz láser de potencia mínima igual a 20 mJ; y - los medios de acoplamiento de la fibra óptica con la cámara de combustión comprenden además una lente divergente dispuesta corriente abajo de la fibra óptica y corriente arriba de la lente de colimación, presentado la lente divergente una distancia focal comprendida entre -20 mm y -200 mm. La invención se pondrá más claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente, dada únicamente a título de ejemplo y haciendo referencia a los planos, en los que: - la figura 1 es una vista esquemática del sistema de encendido láser según la invención; y - la figura 2 es una vista esquemática en sección del sistema de encendido ilustrado en la figura 1, cuando está conectado a una cámara de combustión. El sistema de encendido láser 2 según la invención está ilustrado en las figuras 1 y 2. Comprende una fuente láser 4 adaptada para generar un haz láser 6, y una fibra óptica 8 apropiada para transmitir el haz láser 6 en una cámara de combustión 10 de una turbomáquina aeronáutica o industrial. De manera clásica, la cámara de combustión 10 comprende unos medios 11 de pulverización de gotas de carburante. El sistema de encendido láser 2 es apropiado para aplicar un haz láser de densidad de potencia elevada, es decir del orden de 10 10 W.cm -2 a 10 12 W.cm -2 , a estas gotas de carburante para inflamarlas por descarga eléctrica no resonante. La fuente láser 4 es del tipo Nd:Yag. Es apropiada para suministrar unos impulsos de potencia elevada que presentan un perfil uniforme en campo próximo. La potencia suministrada por la fuente láser es superior a 20 mJ y preferentemente superior a 50 mJ. A título de ejemplo, los impulsos láser suministrados presentan una longitud de onda igual a 1.064 nm, un diámetro de 4 mm y una potencia de 50 mJ para una duración de 6 ns. La fibra óptica 8 es una fibra multimodo de diámetro de núcleo de 1 mm y de longitud comprendida entre 1 y 10 m. La fibra óptica 8 está conectada a la fuente láser 4 por medio de una caja de acoplamiento hermética 12 fijada a una vaina rígida 16 con la ayuda de un conector 17. La caja de acoplamiento 12 comprende una lente de acoplamiento 18 apropiada para enfocar el haz láser 6 procedente de la fuente láser 4 en un punto focal 20 situado corriente arriba de la entrada 22 de la fibra óptica para cubrir uniformemente el núcleo de la fibra óptica 8. La lente de acoplamiento 18 es una lente convergente de distancia focal igual a 100 mm. E06291930 11-11-2011 La caja de acoplamiento 12 está fijada herméticamente a la fuente láser 4. Contiene un gas que tiene un potencial de ionización superior al potencial de ionización del aire, tal como el helio. La vaina rígida 16 está montada sobre la fibra óptica 8 y está fijada al conector 17. La misma se prolonga más allá del conector 17. La vaina es apropiada para mantener rectilínea y recta una porción de entrada 23 de la fibra óptica situada por el lado de entrada de la fibra óptica, para impedir una reflexión incontrolada del haz láser 6 en esta porción 23 de la fibra óptica y evitar los riesgos de descarga eléctrica de la fibra óptica. Esta vaina rígida 16 está constituida por un enmallado de hilo metálico o por un tubo rígido que se extiende en una longitud por lo menos igual a 20 cm y preferentemente en una longitud comprendida entre 20 cm y 50 cm. El conector 17 es un conector conocido, por ejemplo un conector de estándar SMA. Realiza la conexión entre la fibra óptica 8 y la caja de acoplamiento 12. El conector 17 se extiende a lo largo de la fibra óptica en una longitud de 3 cm. El sistema de encendido láser 2 comprende asimismo un conector de salida 24 fijado a la salida 26 de la fibra óptica 8 por medio de un conector 25 de estándar SMA. El conector de salida 24 es apropiado para roscarse directamente sobre la cámara de combustión 10 de la turbomáquina alrededor de una abertura 27 de paso del haz láser 6. El conector de salida 24 soporta una lente de colimación 28 dispuesta corriente arriba de una lente de enfocado 30.   Se denomina asimismo bujía óptica por analogía con las bujías eléctricas utilizadas tradicionalmente. La lente de colimación 28 presenta una distancia focal de 75 mm y está por tanto dispuesta a 75 mm de la salida 26 de la fibra óptica con el fin de obtener un haz paralelo. La lente de enfocado 30 enfoca el haz láser 6 en un punto focal 32 situado en la cámara de combustión 10. La misma presenta una distancia de enfocado igual a 20 mm. La relación entre la distancia focal de la lente de enfocado 30 y la distancia focal de la lente de colimación 28 determina el tamaño del punto focal en la cámara de combustión y por consiguiente, la potencia de cresta necesaria para obtener una descarga eléctrica sobre una mezcla aire/carburante. La lente de enfocado 30 está fijada a la pared extrema del conector de salida 24, de manera... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de un encendido láser (2) de un carburante pulverizado en una cámara de combustión (10), comprendiendo el sistema: - una fuente láser (4) para generar un haz láser (6); - una fibra óptica (8) apropiada para transmitir el haz láser generado (6) en la cámara de combustión (10); - unos medios de acoplamiento (12, 16, 17, 18) de la fuente láser (4) a la fibra óptica (8); comprendiendo los medios de acoplamiento (12, 16, 17, 18): - una lente de acoplamiento (18); - un conector (17) de conexión de la fuente láser (4) a la fibra óptica (8); y - unos medios (16) de sostenimiento rectilíneos de una porción de entrada (23) de la fibra óptica (8) dispuestos corriente abajo del conector (17) y que se extienden en una distancia previamente definida de la fibra óptica (8); caracterizado porque la lente de acoplamiento (18) es apropiada para enfocar el haz láser (6) en un punto focal (20) situado corriente arriba de la fibra óptica (8). 2. Sistema de encendido láser (2) según la reivindicación 1, caracterizado porque la lente de acoplamiento (18) presenta una distancia focal comprendida entre 50 y 200 mm. 3. Sistema de encendido láser (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de sostenimiento rectilíneos (16) de la fibra óptica (8) se extienden en una distancia superior o igual a 20 cm para impedir la destrucción de la fibra óptica (8). 4. Sistema de encendido láser (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de acoplamiento (12, 16, 17, 18) de la fuente láser (4) con la fibra óptica (8) comprenden entre la fuente láser (4) y la fibra óptica (8), una caja (12) que contiene un gas que tiene un potencial de ionización superior al potencial de ionización del aire. 5. Sistema de encendido láser (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fuente láser (4) es apropiada para producir un haz láser (6) que tiene un perfil uniforme en campo próximo. 6. Sistema de encendido láser (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unos medios de acoplamiento (24, 28, 30) de la fibra óptica (8) con la cámara de combustión (10) que comprenden por lo menos una lente convergente de colimación (28) que presenta una distancia focal comprendida entre 30 y 400 mm. 7. Sistema de encendido según la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de acoplamiento (24, 28, 30) de la fibra óptica (8) con la cámara de combustión (10) comprenden además, corriente abajo de la lente de colimación (28), una lente de enfocado (30) que presenta una distancia de enfocado comprendida entre 5 y 200 mm. 8. Sistema de encendido según la reivindicación 7, caracterizado porque la lente de enfocado (30) es una lente de zafiro recubierta con una capa anti reflectante de óxido de silicio, estando el espesor de la capa de óxido de silicio definido a partir de la fórmula siguiente: Espesor de la capa de óxido de silicio = m x 0,25 x n 6 ± 50 nm en la que: - m es un número entero par; - es la longitud de onda del haz láser; y - n es el índice de refracción del óxido de silicio; E06291930 11-11-2011 9. Sistema de encendido láser (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fuente láser es apropiada para generar un haz láser (6) de potencia mínima igual a 20 mJ. 10. Sistema de encendido láser (2) según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque los medios de acoplamiento (24, 28, 30) de la fibra óptica (8) con la cámara de combustión (10) comprenden además una lente divergente dispuesta corriente abajo de la fibra óptica (8) y corriente arriba de la lente de colimación (28), presentando la lente divergente una distancia focal comprendida entre -20 mm y -200 mm.   7 E06291930 11-11-2011

 

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