CN87102874A - 脉冲燃烧能量系统 - Google Patents

Abstract

脉冲燃烧能量系统的脉冲燃烧器连接流送被处理材料的工作管，该管又连接一对旋流收集器。选用的再循环部分把收集器中蒸气送回工作管上游端。脉冲燃烧器有旋转阀，燃烧室和内、外尾管。燃烧室和内尾管是锥形和管形断面，纵向压着安装用定位板连接。旋转阀由三个紧配的圆筒形成一内部空室。圆筒上都有形成空气进口的径向对准孔。空气由空室经单向性环形通路进入燃烧室。控制系统控制产品送进、系统点火、系统流送和燃烧器的工作频率。

Description

本发明关于干燥用设备和方法，特别是一种新的干燥用设备和方法，其中的被干燥材料被热气流的脉冲流所雾化和干燥。

普通的燃烧干燥法已被使用多年。这方法被广泛地用来替悬浮或溶解于流体中的固体材料除湿。典型地说，液体被雾化，所得到的喷雾被处于从燃烧方法得到的热气流中，（例如从空气加热器或脉冲燃烧器得到的）以便把喷雾中的湿气蒸发。固体粒子被干燥气流从干燥室带出来，通过旋流器和气分离开来。

有两种脉冲燃烧器。第一种是阀型脉冲燃烧器，其中V-1飞弹型的发动机是众所周知的例子。第二种是空气阀脉冲燃烧器，它利用脉冲能量来抽吸助燃空气。这种型式的众所周知的例子是由雷蒙洛克伍德（Mr.Raymond    Lockwood）发展出来的空气阀发动机，并被公开于他的许多专利中，例如美国专利3，462，955。

空气阀脉冲燃烧器包括一个有燃料进入的燃烧室，短管状的燃烧室进口，和一个比燃烧室进口长一些的燃烧室尾管。燃料在燃烧室中被加压雾化，当达到合适的爆炸混合程度时，火花塞就点燃它作初次起动。燃料和空气爆炸，燃烧气从进口管和出口管喷出。当这两个冲击波从燃烧室出来时爆炸释放的能量就提供推力或动力。在第二个冲击波从尾管出来之前，一个冲击波就从短的燃烧室进口管出来了。

燃烧物的冲力在燃烧室中造成部分真空，进而引起进口和尾管两者的回流。这种回流把新鲜空气带入燃烧室，在此，空气就和新进来的燃料以及在尾管中回流来的热气混合。回流的冲力在燃烧室中形成低的压力，使燃料、空气和燃烧物很好地混合。混合物产生自点燃，这种过程在一秒钟内重复进行一百次。

当今大部分的脉冲燃烧系统采用空气阀发动机因为它制作简单又没有机械移动另件。然而，空气阀系统要用较大百分比的从燃烧过程中得到的能量来抽吸随后的燃料爆炸所需的助燃空气。即使这种系统可以通过增加推力和力器来做成效率较高的推力发动机，抽吸助燃空气所消耗的能量使获得的总能量降低，并使整个系统的效率降低。

阀型脉冲燃烧器采用相同的燃烧原理，除了它有一个机械的（舌片，舌板，或原始旋转型）阀位于燃烧室进口侧，用以防止任何从进口管喷出的燃烧物的回流。阀在燃料/空气混合的完成阶段和爆炸时是关闭的，所以全部燃烧物从尾管出去，冲击波先出去。然而，这些阀型系统由于阀必须在发动机进口的热的环境下在每次燃烧循环开闭，每秒种达到一百次，所以实际寿命有限。

还有一个影响两种型式脉冲燃烧器发动机寿命的问题是热的已燃气的腐蚀。系统中承受最热温度的各另件很快地损坏，需要对这些另件进行经常的昂贵的修理和更换。由于系统中的这些另件耐不住机械的和温度的应力而破坏，所以试图用抗蚀材料来制造这些另件，如用高级不锈钢或因康镍合金，业已成功。试图用陶材料来造这些另件却遭失败，因为用现有的工艺来造，成本太高。陶瓷结构成本高的主要原因是元件必须先做成厚的断面，再加工形成法兰，孔，等等。这个方法浪费了昂贵的陶瓷材料以及昂贵的人工，还要采用先进的刀具和切削技术。

脉冲燃烧能量系统的效率在很大程度上取决于它的工作特性。例如，工作频率影响通过系统的流速（也即干燥时间），而声冲击波的幅度或压力必须和给定的材料成比例，因为压力太大会过度干燥或损坏材料，而压力太小使干燥不充分。

目前的各种系统仅在脉冲燃烧器的自然频率下工作，它由排气管长度决定。因此，工作频率（也即干燥速度）的改变需要通过昂贵的系统改建才行。这是对特定类型材料进行干燥时想得到最大效率时各系统经常碰到的。现有，由于脉冲燃烧器的自然频率也取决于声速，燃烧器中温度变化会改变自然频率。由于自然频率偏离脉冲燃烧器理想运行的频率，压力波的幅度减小，使某种产品的干燥时间增加到能接收的水平之上。结果使干燥过程不均匀和低效率。

目前的各系统的另一缺点是不能符合劳保安全条例的标准（OSHA    standards）。外部噪音是工业上不欢迎脉冲燃烧器作为可选用能源的主要原因，因为环境噪音可以超过120分贝。

最后，由于工作中的过热，起动时的过多燃料积聚，在干燥气流中有太多的氧而引起干燥产品的燃烧，经常有爆炸的危险。

本发明是一个脉冲燃烧能量系统，它的一个功用是把悬浮或溶解在流体中的固体材料复原。在本发明的一个实施例中，脉冲燃烧器被连接到一条工作管道，该管道又被连接到一对旋流收集器。

被处理材料被流送入工作管的上游端，处理好的材料用旋流收集器从燃烧气流中分出。

工作管道的下游端是这样构成的，即从脉冲燃烧器发出的声脉冲被部分地反射回，一部分以驻波型式呈现，这改善了加工效率。工作管道也包括一个调波器（以便人工调节声脉冲的幅度）以及一系列的消音器用以消音。一个退耦器（decoupler）位于工作管道的上游端，允许燃烧器的自燃频率可以不采用昂贵的系统的重建而改变。

脉冲燃烧能量系统可以装有再循环部分，把进入旋流收集器的蒸气再循环入工作管道上游部分，这是当系统被用于负荷变化的场合尤其是最大调节比的场合。再循环蒸气带入系统中的氧很少，所以使没燃烧燃料或加工产品燃烧而发生爆炸的危险减到最小。

本发明的脉冲燃烧器采用了旋转阀，它有一个外套，一个和外套同心的并连接到驱动马达的中间套，一个和中间套同心的内套。靠近驱动马达的内套的端部是封闭的以防止由于燃烧背压引起的驱动马达的轴向负荷。所有的三个套都有径向布置的孔，形成了空气的进口，当中间套处于一个规定的旋转位置时这些孔基本上对准。驱动马达的速度可变以调节通过旋转阀的空气脉冲流速。这就使脉冲燃烧器的工作频率可按操作需要而变化。氧化剂，即充入旋转阀的空气流向燃烧室，穿过一个环形的“空气二极管”，它是这样构成的，即从出口端流向进口端的流体有很大阻碍，而从进口端流向出口端的流体阻碍小，这样，减小了旋转阀上的背压因而大大延长了阀的寿命。旋转阀也消除了从燃烧过程中消耗大百分比的能量来为后继的燃料爆炸抽吸助燃空气的需要。

为了减少热的燃气的腐蚀作用，燃烧室和中间尾管用陶瓷制成。适当地安装脉冲燃烧器可以使各个另件上的弯矩和热应力减至最小。弯矩的消除是由于把脉冲燃烧器在燃烧器安装室中放成纵向压缩，并由于有一个定位板装置在外部传递燃烧室和中间尾管接头处的压缩力，该处会产生弯矩，热应力的减小是由于把燃烧室和开始的尾管做成不带孔，法兰或其他粗糙区域的锥形和管形断面。这种结构也排除了先把部件铸成厚壁断面再加工成法兰，孔，等等的需要。这个方法浪费了昂贵的陶瓷材料，需化昂贵的人工和采用先进的工具和切削技术。由于消除了这些可观的附加费用，用陶瓷材料做成的抗蚀脉冲燃烧器在商业上变成可行的了。

由于用了控制系统，使操作灵活性和安全性增加，控制系统调节产品送进速度，系统的点火速度，系统的流速，以及脉冲燃烧器的工作频率。在正常操作时，系统中的燃料喷咀可被调正在点燃空气雾化油，这进一步增加了安性，由于保证了当初次燃烧发生于油和雾化空气之间后，当混合物被供送入热的燃烧室时，能及时地发生爆炸。最后，由于噪音抑制设备把外部噪音抑制到超过OSHA的规定而增加了安全性。

图1是显示本发明优先实施例的侧剖面图。

图2A是图1中脉冲燃烧发动机的侧剖面图。

图2B是图2A中脉冲燃烧发动机另一个实施例。

图3A是图2A中脉冲燃烧发动机中使用的旋转阀的一个侧剖面图。

图3B是图2A中脉冲燃烧发动机中使用的旋转阀的外，中间，和内套的分解侧剖面图。

图4是图2A的燃烧室和内尾套用的连接机构的详细视图。

图5是本发明的优先实施例中使用的火焰安全系统的简图。

图6是本发明的优先实施例中使用的操作控制系统的简图。

图7是本发明的另一实施例的侧剖面图。

图1显示的新式的脉冲燃烧能量系统4。脉冲燃烧能量系统4包括一个工作部分8和一个接受部分12。一个产品送进系统16被连接到工作部分8，以把要加工的材料导入工作部分8，并有一个空气泵入装置18，它带有助燃空气控制挡17，通过把空气抽吸经过空气进口滤净消音器19，对系统供应助燃空气。

工作部分8包括一个外壳20，它衬有吸声材料以降低系统的外部噪音水平。被置于外壳20中的是燃烧器安装室24，它的里面装有脉冲燃烧器28。

带有上游部分33和排出部分34的工作管32也被置于外壳20之内并被连接到脉冲燃烧器28。排出部分34有一个收缩部36，所以来自脉冲燃烧器28的声脉冲被部分地反射回去，一部分就形成驻波。收缩部36的上游有一个可调节的调波器40，它有一个可从外壳20外部调节的活塞44。可调节的活塞44允许操作者对驻波的幅度进行调节，可由最大值调低至反射波完全衰减的地步以至不产生驻波。

收缩部36的下游有一个消减装置46，它被设计来抑制先于蒸气和工作质点流经工作管32进入接受部分12的高强度音响。消减装置46包括一个消减罩45，它的内部有多个可移动的隔音板47，它们形成多个消音室48。各隔音板47可以被轴向地调节以改变消音室48的体积以适合特定的作用。各隔音板47的上部51是可变化长度的，这就进一步改变消音室48的体积。在各隔音板47的底部有反射器49，它的形状被做成使各消音室48能形成规定的收缩和开口率。各反射器49的下部表面50被做成保证流经工作管32的质点被从进口反射开进入各室48中。

连接在工作管32的排出部分34的是接受部分12，它包括一个第一旋流收集器52，收集器52通过消音器54被连接到第二旋流收集器56，收集器56有一个袋形罩60，它包括多个置于顶部的织物袋61。旋流收集器52和56都被充分地绝缘以减少它们外部的噪音。在各旋流收集器52，56的底部是星形阀（star    valves）62，63，各自用来把加工了的产品排放到加工产品传送系统64。置于第二旋流收集器56顶部的是一个回风机66，用以间歇地把空气逆流吹经各织物袋61。

连接到第二旋流收集器56的出口68的是一个感应通风机69，它被设计来通过接受部分12抽出湿气和燃烧产品，然后把它们推送通过排气消音器70和烟囱71。一个选用的再循环部分72也连接到出口68，它有导管73和74，再循环空气进给管75，以及一个再循环风机76当脉冲燃烧能量系统被用于负荷变化以及需要最大调节比的场合，该风机76使蒸气流再循环流经第二旋流收集器56至工作管32的上游部分33。再循环部分72可被选择地连接到第一旋流收集器52的出口，如果需要的话。

如图2A所示，脉冲燃烧器28大体上包括一个旋转阀78，一个燃烧室套80，套80的内部形成燃烧室81，内尾管84和外尾管86。

如图3A和3B所示，旋转阀78的外套96上有多个（四个）规定形状的孔100，它们等距分布地绕着外周以形成平衡的结构。外套96被固定在阀马达104的面板102上。同心地置于外套96之内的是一个阀转子，它由传动板108和连接着的中间套109组成。传动板108通过马达轴110和轴帽111连接到阀马达104。中间套109上有多个（四个）规定形状的孔116，它们以任意形式等距分布，绕着外周，以形成平衡的结构。当中间套109处于规定的旋转位置时，孔116大致上和外套孔100对准。在上和在整个说明书和权利要求书中，孔总是对准着的，它们形成任意形状或尺寸的共同开口。

同心地布置在中间套109内部的内套120有多个（四个）规定形状的孔122，它们以任意形式等距分布地绕着外周，形成平衡结构。内套120通常和外套96有相同数目的孔，并且外套96上的孔100和内套120的孔122大致上对准。有些场合，使孔100和内套120的孔122有相对的超前或滞后会得到更好的效果。孔100，116和122形成了阀78的空气进口124，如图3A所示。

孔100也可根据需要修正设计，以允许旋转阀78的阀容量系数C按空气进口124的开闭而作予定的变化，以配合发动机的工作需要。它们可被做成图3B中虚线125的形状，以允许当空气进口124刚开启时，空气流略为大些或小些，或它们可被做成这种形状，当空气进口124关上时空气流可以大些或小些。换言之，孔100具有所需的形状，为发动机提供所需的空气进口流速和特性。同样，中间套109或内套120上的孔可以做成这样的形状以便调节发动机的通气速度，各如虚线126和127所示。

靠近传动板108和连接到内套120的是背板128，它用来防止来自燃烧室81的背压压迫传动板108。这就保护了马达轴110和轴帽111，同时防止了阀马达104的任何轴向负荷。

如图3A所示，被置于靠近外套96，中间套109，和内套120，对着马达104的，是阀出口部分132，它包括一个连接燃烧室套80和内套120的外部136一个置于外部136中并和它同心地径向隔开的内部140。内部140的一端连接背板128，另端连接火焰稳定器142。火焰稳定器142最好用陶瓷做成。

内部140的外表面144，背板128的外表面148，和内套120的内表面152一起形成一个环形空气室156，它和由外部136的内表面164和内部140的外表面168形成的环形“空气二极管”160作流体相通。环形空气二极管160的形状是这样的，即它对由燃烧室81到空气室156的气流有很大阻力，对由空气室156到燃烧室81的气流阻力很小。这是通过把表面164做成粗糙以及把表面168做成一系列的波状如图3A所示而得到的。

环形空气室156被设计成使得燃烧室81和空气进口之间的空气体积为最小。这就减小了这个体积对于冲击波的软垫效应，这冲击波是脉冲燃烧器循环的爆炸时刻被反射到阀78来的。

置于内部140内的是一个冷却室170，它有一个冷却进口174和一个冷却出口178，因此流经冷却室170的冷却介质在工作时帮助冷却旋转阀/燃烧室连接处。

为了提供进一步的冷却，装有一个空气进口182，把空气供送给传动板108和面板102的连接处。空气流向并通过由外套96的内表面和中间套109的外表面形成的环室，并最终通过中间套109和内套120上各自的孔116和122，进入空气室156。

如图1所示，旋转阀78被装在脉冲燃烧器28的前面并被置于燃烧器安装室24中。旋转阀马达104也被装在燃烧器安装室24中，在马达104和脉冲燃烧器安装室24的内部之间的气密由一个伸缩接头184来保证。伸缩接头184也吸收任何由于工作时燃烧器内的热引起的伸缩。

图2A显示了脉冲燃烧器28的其余部分。置于靠近阀出口部分132的是燃烧室套80，它的内部形成了燃烧室81。燃烧室81和阀出口部分132的环形空气二极管160作流体连通。四个燃烧喷咀186和两个点火器187（它们各装在靠近两个燃料喷咀186的地方）被绕周地布置于阀出口部分132，以对燃烧室81供应燃料和点火能量。燃烧室套80的端部是退拔形的燃烧室出口188。靠近燃烧室出口188的，各是内尾管84和外尾管86。辐射罩189被置成绕着燃烧室套80和内尾管84的外周，以保护燃烧安装室24防止由这些部分发出的高温。在正常操作时，进来的空气流向旋转阀78时，被辐射罩189所加热，被加热的空气把燃烧器28表面热损耗再循环回脉冲燃烧过程中以提高效率。

燃烧室套80，火焰稳定器142，和脉冲燃烧器28的内尾管部分84都忍受系统中的最高温度。这些部分上的法兰，孔和其他粗糙外形都被取消了，以减小会导致另件裂开和报废的热应力集中。燃烧室套80和内尾管84被做成光滑锥形和管形断面。这使它在商业上易使用高温陶瓷材料来制造这些另件，因而消除了先铸成厚壁件再进行昂贵加工的需要。陶瓷另件比起现知的其他材料的另件来，显著地改善了脉冲燃烧器的寿命。因此，有三种不同的方法可制造这些另件，它们依次排列如下：

A.它们可以整个由高温陶瓷材料制成，例如氮化硅，碳化硅，氧化铝，或高铝红柱石型陶瓷。同一发动机总成中的不同的发动机部分可以用不同的陶瓷来制造。也可以用催化金属例如铂（或其他金属）来金属化陶瓷另件的内表面以改善燃烧过程和减少污染。

B.它们可以用因康镍或高温不锈钢制或铸成薄壁断面，衬上薄壁的陶瓷部分，即把它连接在金属外壳的内表面上。本方法可以使用上述A中所述的同样的陶瓷，本方法最宜用于发动机另件较大，所用的设备难以制出整个陶瓷另件的场合。再有，陶瓷嵌件的内表面可以用催化金属例如铂来金属化以改善燃烧过程。

C.它们可以用因康镍或高温不锈钢制或铸成厚壁断面，再涂覆高温氧化锆基的涂覆层。氧化锆涂覆层约0.010-0.015英寸厚，会使金属表面温度下降超过200°F。

除了用制造出不带应力生成形状的另件来消除热应力外，安装系统必须基本上消除所有在这些另件上产生的弯矩，以减小另件因机械应力而损坏的可能。在图2A，3A和4中显示的安装系统就得到这个结果。

如图3A所示，架204施压于法兰205上，法兰205是从出口部分132的外部136径向地伸出的。法兰205通过环206和楔207连接到燃烧室套80，这个装置用螺栓208固定。如图2A所示，架204纵向地把燃烧室套80和内尾管84压紧于外尾管86的法兰210上。架204由压紧螺栓212所固定，螺栓212拧入法兰213中，并用螺母214和顶簧215固定。顶簧215允许脉冲燃烧器28在工作时受热膨胀。

为了防止在燃烧室出口188有弯矩，图4中所示的定位板装置218在外部传递把燃烧室套80和内尾管84相互压在一起的力。定位板装置218包括不锈钢环219，220，它们各自把不锈钢楔221，222分别压在燃烧室套80和内尾管84上。定位板环224被置于楔221和222之间。

定位板装置218用螺栓234固定在架232上，螺栓234穿过环219和楔221上的螺栓孔，伸入定位板环224。定位板装置218用同样的方式固定在架236上。销238滑配地穿过架232，236和支持架240。销238允许脉冲燃烧器28的中部在工作中受热膨胀时可被支持。燃烧室套80的纵向压力就这样由外部传给楔221，并沿着定位板环224传给楔222，楔222又把纵向压力引导至内尾管84。

比起其他的脉冲燃烧器部分来，外尾管86将在不同的条件下工作。它忍受很高的热应力负荷，因为被处理材料通过多个穿过多个孔248的喷咀246而进入尾管，如图2A所示。结果是，这个部分通常不用陶瓷材料制造。被处理材料的温度比气流低得多，所以尾管表面必须适应高的温差。它最好用因康镍或高温不锈钢制成，可以涂覆一层高温氧化锆。把喷咀246置于尾管86外部也属于本发明的范围之内，如图2B所示，并使被处理材料大体上平行于尾管86流动。这种安排最好用于干燥诸如马铃薯的系统中，其中材料的组成，例如糖，倾向于积聚在喷咀开口处，当喷咀被置于尾管中时。在此实施例中去消了孔248，使得外尾管86可以用陶瓷材料做成。当需要时，也可以只用一个喷咀246，这也属于本发明的范围内。

如图2A所示，燃烧器安装室24装在工作管32上，因此外尾管86被同心地和径向隔开地置于工作管32的内表面之内。

工作管32的上游部分33的一部分被同心地和径向隔开地被置于再循环空气套250中，形成一个环形空气通道254。连接着再循环空气套250并和环形空气通道254作流体连通的是再循环空气供应管75，它从接受部分12接受再循环蒸气。再循环蒸气从环形空气通道254流出，通过多个周向地布置在工作管32表面的槽255，进入工作管32。

由于脉冲燃烧器的自然频率部分地取决于尾管的长度，在某些场合下希望保证工作管32不具有作为外尾管86延长部分的作用。为此，在工作管32的表面上绕周布置着多个孔256，以形成外尾管86和工作管32之间的退耦器。孔256可以选择地用板（未示出）盖住以改变退耦效果。

脉冲燃烧能量系统在图5所示的火焰安全系统的监督下起动，工作和停车。火焰安全系统由一个可编程序的微处理器或一个装在逻辑箱500中的继电器逻辑系统所控制。逻辑箱500从多个传感器接受信号，这些信号被用来控制燃料，排油，助燃空气，和雾化空气系统，下面还要讲到。

液体燃料供应源502（最好是2号燃油）被连接到燃料管路504上，管路504由一个低油压开关506和高油压开关508所监控。置于燃料管路504中的是一个安全截止阀510，它由一个安全截止电磁衔铁512所控制。燃料管路504穿过由截止电磁衔铁516控制的截止阀514，再通到各喷咀186。

天然气供应源520被连接到燃料管路522，管路522由高气压开关524和低气压开关526所监控。置于燃料管522中的是安全截止阀528，530和通风阀532，它们各自由安全截止电磁衔铁534，536和通风电磁衔铁538所控制。燃料管路522穿过由截止电磁衔铁542控制的截止阀540通往各喷咀186。

一个雾化空气源550被连接到雾化空气管路552，管路552由低雾化空气压开关554监控。雾化空气管路522穿过由截止电磁衔铁558控制的截止阀556，通往各喷咀186。

用以监控助燃空气压力的低助燃空气压开关560被连接到助燃空气控制挡17下面的空气进口装置18，一个系统高温开关562被连接到工作管以检测系统中的过热。

火焰安全系统还有一个火焰指示器570用来指示燃烧过程。在一个脉冲燃烧系统中，火焰指示器570可以是一个光学扫瞄器，用来检测火焰发出的紫外或红外光波，也可以是压力传感器，用来测量燃烧室中燃料爆炸产生的正压脉冲。压力传感器被这样定刻度，即它将检测出超过助燃空气鼓风机的供气压，所以它将只测量出冲压中由燃料燃烧所供应的那部分压力。

火焰安全系统将根据下列条件截止通往脉冲燃烧器的燃料：低或高燃料压力，低的助燃或雾化空气压力，熄火，或高的系统温度。当使用油时，安全截止电磁衔铁512将关闭安全截止阀510，当使用燃气时，安全截止电磁衔铁534和536将自各关闭安全截止阀528和530，而通风电磁衔铁538将开放通风阀532。

火焰安全系统也控制燃烧室排油系统。脉冲燃烧系统有一个专用的排油阀580，安装在旋转阀78的外部136上，并和电磁衔铁586相连接。脉冲燃烧器排油阀580由火焰安全系统来开启，这是当起动时或转换燃料时要点着油时用的。当火焰指示器570检测到燃油的点火，火焰安全逻辑装置就把燃烧室的排油阀580关闭，任何多余的燃料将已经从室中除去了。

如图6所示，脉冲燃烧能量系统有程序控制，以允许系统进行自动控制。这些控制被设计来检查过程中的各设定点并调节各工作参数以维持各设定点。各工作设定点根据通过系统的被处理的产品，处理的速度，等等来进行调节。

一个控制环设定旋转阀78的速度，以改变脉冲燃烧器28的工作频率。频率传感器600用来测量燃烧脉冲率，它跟着把信号传给控制器602，以调节工作频率设定点。频率传感器600可被改用来测量进入燃烧室81的空气脉冲率。控制器602送出一个信号到马达控装置604去调节阀的速度，以及从阀马达转速计606接受一个反馈信号来改变实际的阀的转速。控制器602和/或控制装置604可以是旋转阀78的组成部分。控制器602的调节，可使旋转阀78的速度被设在脉冲燃烧器28的自然频率上或略为离开一些的频率上，这根据被处理的产品而定。所以要这样，是因为当旋转阀78的速度接近脉冲燃烧器28的自然频率时，声压波被增大，这就可能使某些产品的处理速度超过可接受的水平而造成被处理质点温度增加。较难干燥的产品需要最大的声压波，而旋转阀78被操作于匹配发动机自然频率的速度以获得这个结果。

一个分开的控制环被用来建立产品的送进速度和根据含湿量调节送进速度。当脉冲燃烧系统运行时，需要使袋形罩60的温度保持在露点（大约是212°F，在除水的场合）以上，因此不会有凝结水把较小质点吸附在袋形表面而使得它又湿又粘。由于系统的热输入是由所需的生产速度来设定的，所以很难知道任何时刻的送进物的湿度含量，因此一个温度传感器610被装在袋形罩60的排出端。从传感器610的温度变送器612送出一个信号到温度控制器614，它把袋形罩60的排出温度设在高于露点大约10°F。控制器614接着送出一个信号给可变速马达控制器616（它操纵产品送进系统61），把产品送进给脉冲燃烧系统的速度设定下来。如果产品的湿度很小，送进速度就被增加。如果产品有较大的湿度，送进速度就被减低，所以本系统中从产品中要除去的水分不能大于用来蒸发水的热。

还装有一个控制环，让操作者可以设定系统的点火速度，当产品送进暂时受阻时保护系统不会过热。在第一旋流收集器52的排出端有一个温度传感器620，用来测量温度。从传感器620的温度变送器622送出一个温度信号给一个温度控制器624，在此处操作者可以用手建立一个控制设定点或设定系统的点火速度。从控制器624来的信号设定燃料控制阀626和助燃空气控制阀17的位置。这两个阀都有位置显示器以告诉控制器624各阀被开或关到什么程度。这个系统也可被用来设定脉冲燃烧系统的点火速度，如果这装备在小于最大容量的情况下工作的话。还有，如果一种特定的产品很难脱水或需要很长的脱水时间，当第一旋流收集器52的温度变得太高时，这个控制环就会减小点火速度。如果产品的送进因温度的增加而受阻时，这个控制环也会减小点火速度。如果这个控制环不能适当地减小点火速度把旋流收集器的温度维持在规定水平之下，火焰安全系统的高温开关562（图5所示）就动作，使系统停车。

还有一个控制环用来控制工作管32中的压力。这压力必须被控制以保证脉冲燃烧器28的下游和接受部分12中保持适当的系统压力。这个依次保证了通过收集器的流速在理想的系统工作范围内。控制环包括一个压力指示器630，它被置于工作管32的排出部分34处，以检测系统的压力。从压力指示器630来的信号到达一个压力变送器632，送到一个压力控制器634上，控制器634被设定维持工作管32端部的压力。控制器634就送一个信号给功力装置636，它驱动感应通风机69上的一个进口叶板控制挡638。

如果脉冲燃烧系统被用于负荷变化需要最大调节比的场合，一个附加的控制环把工作管32中的蒸气速度维持在减低的系统点火速度。控制环有一个差压变送器640，它检测通过工作管的压降，这接着又反映相当的速度。变送器640送出一个信号给一个差压控制器642，在此处操作者可以根据所需的工作管速度来调节差压设定点。差压控制器642送出一个信号给功力装置644，它调节再循环风机76上的进口叶板控制挡646的设定。在正常点火速度下，工作管32中的速度将比设定点为高，所以进口叶板控制挡646是常闭的。当点火速度被降低，工作管32的速度下降直至到达设定点。然后控制器642开始开启进口叶板控制挡646以增加进入工作管32的再循环空气，以保持最小的传送速度。再循环流由蒸气水和燃烧物组成，它们比露点高10度。这意味着再循环流不会降低系统的热力效率，也不会给系统增加氧，氧会使工作管中的质点变坏或因为氧和未燃烧的燃料或处理的可燃性质点混合而产生爆炸的危险。

脉冲燃烧能量系统在火焰安全系统的监督下运动，工作和停车。这个系统有逻辑装置来控制点火-熄火程序的时间，检查所有可调的行程开关，并在系统起动时按适当的程序开启相应的燃料阀。当系统工作时，火焰安全系统不断地检查燃烧过程是否工作正常，并保证所有的燃料，助燃空气和其他所需的辅助工作都在支持燃烧过程的可接受范围内。这系统也用来适当地使脉冲燃烧器停车，即当发生意外时或正常工作终了时。

脉冲燃烧能量系统的工作起始于在箱257处给火焰安全系统加能量。接着空气泵装置18，旋转阀78，感应通风机69，再循环风机76和系统中的其他各马达都被起动。火焰安全系统就检查和核实所有的行程开关，它们显示系统的工作都在设定的要求范围内。利用所有可调的设定，在开始吹洗发动机之前，火焰安全系统驱动助燃空气控制挡17，进口叶板控制挡638和进口叶板控制挡646到达全开位置。此刻，发动机吹洗时刻开始了。吹洗定时器起动，旋转阀78的速度被设定在适当的频率以便使发动机能低温初次点火。空气泵入装置18把外面的空气经过空气进口过滤消音器19吸入空气泵入装置18，在此处它的压力增大到6磅/平方英寸。空气从空气泵入装置18流入燃烧器安装室24，在此处它通过辐射罩189的内部。助燃室气接着进入旋转阀78，再到达燃烧室81。燃烧室在吹洗循环中接受至少五次彻底换气。

当吹洗完成后，火焰安全系统驱动助燃空气控制挡17，进口叶板控制挡638和进口叶板控制挡646到达点火位置。当各挡板被证实已经到达点火位置时，火焰安全系统使这两个（或多个）点火器187点火，并打开燃气安全截止阀528，530同时关闭叶板阀532。这系统也还开启燃气电磁衔铁阀540，阀540供应燃气给这两个（或多个）燃料喷咀186，喷咀186都靠近这两个（或多个）点火器187。此刻，点火计时开始，安全截止阀528，530保持开启10秒尝试点火。

当从旋转阀78来的空气脉冲混合着从两个喷咀186来的燃气，这混合物被点火器187发出的点火能量引爆后，脉冲燃烧循环就开始了。当燃料和空气爆炸时，燃烧室81中的压力增加，在室中造成一个向着关闭的旋转阀78的空气回流。当空气回流流经空气二极管160时，空气二极管160中的表面168使得空气流沿着返回的方向横向地流向表面164。空气流的返回动量和表面164的粗糙形状相组合，造成一个人为的收缩断面，它能限止气流通过空气二极管160并减小作用于关闭的旋转阀78上的回流压力。

如果火焰安全系统用火焰指示器570检测到燃料的正常点火情况，它让安全阀打开，并允许操作者开启其余燃料喷咀的燃气电磁衔铁阀540。另一方面，如果火焰指示器570不能够在10秒尝试点火期间测到一个肯定的火焰信号，安全阀528，530都被关闭，系统回到它的起动程序中的吹洗前的状态。

当所有的燃料喷咀186都进行工作了，火焰安全系统检测到一个正常火焰时，系统就把各挡板17，638和646交给燃烧控制系统，在此处程序控制设定脉冲燃烧点火速度。

火焰安全系统也包括逻辑装置和控制装置，允许从一种燃料换为另一种燃料。燃料喷咀186都被设计成喷射燃气或液体燃料或两用。当正常工作时，喷咀都被设定于由空气雾化油引燃。空气雾化油比先有技术系统的要优越，先有技术系统采用压力雾化的机械地喷射的燃油，而空气雾化的油产生更小的油滴，所以气化也快些，这也保证了初次燃烧后的及时爆炸，这种爆炸是当油和雾化空气的混合物被排入热的燃烧室中，在油和雾化空气之间产生的。

燃料的变更开始于用天然气点燃所有的燃料喷咀186。火焰安全系统检测油和雾化空气行程开关以保证它们在规定范围内，然后开启燃烧室排油阀580。操作者打开截止阀514，让油流到两个（或多个）喷咀186，它们是点燃天然气的。天然气雾化了油，混合物立即点火。在10秒钟内，燃烧室排油阀580关闭，操作者打开雾化空气阀556并关上天然气系统中的截止阀540。雾化空气把余下的天然气吹出燃料喷咀186，并接替雾化燃油的功能，操作者重复这过程，把余下的两个（或多个）喷咀186改为点燃油。

这种用同一喷咀烧两种燃料的能力比起先有技术系统来，在选择燃料和点火模式方面给脉冲燃烧系统额外的方便。新系统能被设定工作如下：

A）全部喷咀点燃空气雾化油

B）全部喷咀点燃燃气雾化油

C）一半喷咀点燃空气雾化油

一半喷咀点燃燃气雾化油

D）一半喷咀点燃空气雾化油

一半喷咀点燃燃气

E）一半喷咀点燃燃气雾化油

一半喷咀点燃燃气

F）全部喷咀点燃燃气

燃烧使用的燃料用低压（低于15磅/平方英寸表压）供送入燃烧室81，所以它的流动将会被燃烧室81中燃烧峰压所阻。这意味着燃料流由燃烧室81的脉冲频率自动地定时，燃料系统不需要一个专门的，和可变速旋转阀78同步地定时开闭的阀。

初次爆炸释放出热并产生一个压力波。热开始加热燃烧室套80，内尾管84，和外尾管86，而压力波阻止燃气流动并送出一个压力脉冲给内和外尾管84和86。燃烧产物的动量随着波进入尾管，在燃烧室中产生部分真空，这和旋转阀78的开启同步。这就又把一部分空气和燃气自阀和燃烧料喷咀186吸出来并很快地混合。此刻，旋转阀78关闭，混合物和上一循环留下来的燃烧产物接触，它们在热的燃烧室壁上，造成新的燃料点火。脉冲燃烧器28典型地以每秒100至200次进行循环和爆炸。每次脉冲送出一个压力波，跟着是一个部分真空，进入尾管84和86。

当装置起动和当燃料更换时，燃烧器内的温度也相应地变换。这将改变工作频率。在助燃空气系统上的可变速旋转阀78能被设定于跟随频率变化。这改善了系统的安全性和适应性。

系统一旦起动后，一团可能含有99%湿度的泥浆被喷洒入外尾管86中，在此它和来自脉冲燃烧过程的热和声能接触。各喷咀246被布置成能形成规定的喷洒形状，以便泥浆3以这样的状态被暴露在热的燃气脉冲下，即，使它的干燥效率为最大。当混合物流经工作管32，声冲击波把送进的固体质点中的水份机械性地赶出或剥除，同时，热把湿气蒸发，这样，干燥过程在几分之一秒中就完成了。

被处理的质点接着进入第一旋流收集器52，由此通过星形阀62而排入干产品传送系统64。蒸气，载运一小部分初始的粒子，走出第一旋流收集器52，通过消音器54，进入第二旋流收集器56。第二旋流收集器56进一步减小蒸气流中中载运的粉尘。大部分留下来的粉尘粒子将落到第二旋流收集器56的底部，由此，它们通过星形阀63被排入干产品传送系统64。

在第二旋流收集器56顶部的是一个袋形罩60，它有织物袋61，袋61被设计用来从蒸气流中除去细微和最小的质点。蒸气流向上通过第二旋流收集器56，穿过织物袋61。粉尘质点沉淀在织物袋61的外侧，清洁的蒸气流通过烟囱71被排出。为了保持织物袋61的多孔性，大量低压蒸气由回吹风机66间断地吹送逆流以过滤作用的反方向通过织物袋61。积聚在织物袋61上的粉尘被抖落到第二旋流收集器56的底部，在此通过星形阀63被排入干产品传送系统64。

当系统工作时，控制系统维持适当的阀速，产品送进速，系统点火速和蒸气速以保证最佳工作状态。

火焰安全系统用来把系统停车，这是当燃烧火焰熄灭时，或当工作温度接近危险水平时，或当正常停车需要时。正常停车开始于把全部送进材料运出泥浆送进系统。接着脉冲燃烧发动机28被设定于低发火点，安全截止阀510和/或528都被关闭。全部的系统马达将被关闭除了空气泵入装置18，旋转阀78和感应通风机69。如果系统是点燃油的话，雾化空气系统将被开着直至雾化空气能被通过打开阀556用来吹洗燃料喷咀186为止。空气流将烧光任何留下的燃料和冷却热的脉冲燃烧发动机另件。经过一段短时间，火焰安全系统也将关掉余下的马达，系统将完全地停车。

尽管上面是本发明的优先实施例的完整的说明，脉冲燃烧能量系统的快而有效的脱水能力也能被用来处理各种各样的产品，如果这个系统的构造被改型以符合该产品的特殊需要的话。本申请的图1中所示的水平结构图将适用于带有小尺寸质点的泥浆型产品。在这种结构中，从脉冲燃烧器出来的排气和从干燥过程中释放出来的蒸气被用来传送质点以通过系统。

如果，然而，需要处理大的颗粒时，它就不能被脉冲燃烧器的排气传送通过工作管，所以可以采用垂直的和逆流型的系统。这种系统示于图7中。在此场合，送进由工作管32的垂直部分的上端引入，工作管32对着脉冲燃烧器28。产品的送进由重力拖向脉冲燃烧器，而声能和热向上通向工作管32的顶部。

当产品穿过声波和热时，湿气就变成气流这就增加了工作管中的燃气速度。这种速度改变并不影响大的颗粒，它们继续落到工作管的底部，在此，它们被大颗粒回收系统300所回收，系统300包括星形阀304和大颗粒传送系统308。粉尘或小些的质点，它们或是来自送进物，或是当干燥过程中从大颗粒上脱落下来，被排气和气流托起，被传送通过消减装置46，到达接受部分12上面以备回收。

垂直结构也可以用作平行流动装置，如果用延伸穿入外尾管86的喷咀把泥浆导入脉冲燃烧器排气部分，如图1的水平结构所示。

垂直结构也有一个选用的再循环部分72，其理论和结构和水平装置的再循环部分相似，以及一个控制环，和图6中所示的相似，以在工作管中建立排气和气流速度。这个速度可以改变以便建立质点的散布，即或是落到工作管的底部，或是被带往接受部分12，即，这个控制环作为一个初级分离器。这个控制环也决定产品呆在工作管中的时间，这决定最终产品的干燥度。

垂直系统的其余部分和本系统的水平结构的功能相同。

脉冲燃烧能量系统可用于多种不同的场合，例如烧锅炉，煅烧矿石，蒸馏产品，以及其他化学过程。在这些场合中，脉冲燃烧器能用液体氧化剂工作，以代替气体氧化剂，例如空气，流入旋转阀78。事实上，用旋转阀78和脉冲燃烧器28使用任何氧化剂都属于本发明的范围之内，那就是说，任何物质它的氧化是通过取得电子以形成新的分子并在过程中释放能量的形式是热和压力。根据本申请，脉冲燃烧器可以工作于富氧，氧正好符合化学反应式，或减少的模式，通过相应于燃气分析器（未示出）来改变助燃空气控制挡17的设定，分析器从外尾管86喷出的燃烧产品来抽样。

这里所叙述的各系统都用来脱水的，所以显示的各收集系统都是专门设计于脱水的设备。如果脉冲燃烧能量系统被用于另外的操作，那么下游的设备将被相应地选用。因此，前面的说明不应该被用来限制本发明的范围，本发明的范围专门地在权利要求书中设定。

Claims (19)

1、一个用来在下游方向产生高频流体流脉冲的阀包括：

第一和第二同心地安装的阀件，紧紧靠近，彼此可作相对旋转、各件有一个孔以让流体流过，两个孔是这样布置的，即当两件作相对旋转时，它们可被移动到对准和不对准；

有装置用来在两件之一的一侧上形成一个液体室；

流体流动二极管装置，它和室作流体连通并在该处形成一个流体出口，用来帮助流体从室中经出口流出，和阻止流体通过出口流入室中，

因此每当两孔相互重叠时就建立起一个通过阀的流体流脉冲，而当两孔不处于重叠位置时通过出口进入室的流体回流就被阻止。

2、如权利要求1中的阀，还包括：

用来检测通过阀的流体流脉冲频率的装置;

用来规定通过阀的流体流脉冲频率的装置;

应答检测装置和规定装置的装置，用来调节各阀件的相对旋转速度，使检测到的频率基本上等于规定的频率。

3、一个脉冲燃烧器包括：

一个形成燃烧室的第一管形部分;

使燃料和氧化剂以相对地高的频率，脉冲地流入燃烧室中的装置;

使燃料燃烧以产生高频热气脉冲的装置;

在燃烧室下游和燃烧室作流体连通的第二管形部分，热气脉冲通过它来传播;

使第一和第二管形部分连接的装置，在纵长方向压它们时它们基本上以整个长度压在一起。

4、如权利要求3中的脉冲燃烧器，包括装置用以限制管形部分的连接端面间的接触力，使它小于把两部分彼此压在一起的力。

5、一个干燥装置包括：

一个脉冲燃烧器有一个燃烧室和一个大体上管形的出口，该出口和燃烧室作流体连通以发出高温脉冲;

一个工作管用来流送被处理材料，工作管有一根轴线，包括上游端和下游端，上游端和脉冲燃烧器的出口作流体连通以接受由此发出的高温脉冲;

有装置用来把被处理材料流送入工作管的上游端;

有装置和工作管的下游端作流体连通，以接受由此流送来的材料。

6、如权利要求5中的干燥装置，包括一个缩口靠近工作管的下游端，用来把来自脉冲燃烧器的脉冲向工作管的上游端反射回去，以在工作管中产生压力驻波，使材料外部的湿气被机械性地除去，从而使材料干燥。

7、如权利要求5中的干燥装置，还包括可选择地把工作管从脉冲燃烧器的出口退耦合的装置。

8、如权利要求5中的干燥装置，还包括连接在工作管上用来抑制声响的装置。

9、如权利要求8中的干燥装置，其中的抑制声向的装置包括：

一个和工作管作流体连通的罩;

多个布置于罩中的隔板在此形成了多个室。

10、如权利要求5中的干燥装置，还包括装置用来使流体在靠近上游端处流入工作管。

11、如权利要求10中的干燥装置，还包括：

有装置用来在接受装置中检测规定的压力;

有装置应答压力检测装置，以调制进入工作管上游端的流体的流速。

12、如权利要求5中的干燥装置，其中的材料接受装置包括装置，用来把其中的温度维持在超过212°F。

13、如权利要求5中的干燥装置，还包括装置用来调制被处理材料在工作管中的流速。

14、如权利要求5中的干燥装置，还包括：

有装置用来把燃料流送入燃烧室;

有装置用来把氧化剂流送入燃烧室;

有装置用来检测从脉冲燃烧器发出的热的燃气脉冲;

有装置用来检测在接受装置中的规定的温度;

有装置连接到燃料流送装置，用来检测燃料流送的规定的压力;

有装置连接到氧化剂流送装置，用来检测氧化剂流送的规定的压力;

有装置应答脉冲检测装置，温度检测装置，燃料压力检测装置，和氧化剂压力检测装置，用来在当没有热的燃气脉冲被检测到时，当在接受装置内检测到规定的温度时，当在燃料流送装置中检测到规定的燃料压力时，或当在氧化剂流送装置中检测到规定的压力时，该装置就阻止燃料流入燃烧室。

15、一个干燥装置包括：

一个长形的燃烧管有一个上游端和一个下游端;

一个氧化剂进入阀位于上游端，和该管作流体连通，用来把氧化剂以单个氧化剂脉冲的形式供应给管，该阀包括：

第一和第二同心地安装的阀件，紧紧靠近，并可作相对旋转，各件有一个孔以供氧化剂流过，两孔是这样布置的，即当两件作相对旋转时，两孔进入对准和退出对准;

有装置在两件之一的一侧上形成一个室;

流体流动二极管装置和该室作流体连通并在此形成一个流体出口，用来帮助室中的流体通过出口流出，以及用来阻止流体经过出口流入室中;

有装置用来在靠近该管的上游端把燃料加入氧化剂脉冲，因此燃料能被燃烧而产生热的燃气脉冲，该热的燃气脉冲传播通过该管，并从该管的下游端出去;

一个工作管用来流送被处理的材料，该工作管有上游端和下游端，该上游端被可工作地连接到该燃烧管的下游端，用来接受由此发出的热的燃气脉冲;

有装置用来把被处理材料流送入工作管的上游端;

有装置连接到工作管的下游端，用来接受由此流出的材料。

16、如权利要求15中的干燥装置，还包括装置用来调制从脉冲燃烧器发出的脉冲。

17、如权利要求16中的干燥装置，其中的氧化剂流速调制装置包括装置用来改变阀件的相对旋转速度。

18、如权利要求3中的脉冲燃烧器，其中的燃料和氧化剂流送装置包括装置，用来把富氧化剂的燃料和氧化剂脉冲流送入燃烧室。

19、一种燃料系统包括：

一个喷咀;

有装置用来把燃料流送经过喷咀;

有装置连接到流送装置，用来选择地把气体燃料流送经过喷咀;

有装置用来选择地用燃气雾化液体燃料，燃气也可以改为空气;

有装置连接到流送装置，用来选择地把燃气雾化的液体燃料流送通过喷咀;

因此，选择地流送通过喷咀的燃料包括气体燃料，气体燃料雾化的液体燃料，或空气雾化的液体燃料。

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