JP2001501701A - パルス式の燃焼法により作業する動力機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、パルス式の燃焼原理に従って作業する動力機械並びに動力機械の運転法であって、燃焼室（１２）を形成する耐圧性のケーシング（１０）と、燃料及び燃焼空気用の流入装置（１４）と、燃焼時に生ずる排ガス用の、燃焼室（１２）に接続された流出装置（２２）とが設けられている形式のもにおいて、燃焼室（１２）に接続されるシリンダ（１８）内に、ピストン（２０）が可動に配置されており、燃焼室（１２）とは反対側でピストン（２０）にばね力が作用している。これによって、パルス式の燃焼時に生ずる圧力波が機械的な可動部材に効果的にエネルギ伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】 パルス式の燃焼法により作業する動力機械 従来の技術 本発明は、パルス式の燃焼原理に従って作業する動力機械並びに動力機械の運 転法に関する。パルス式の燃焼原理に従って作業するガスタービンは公知であり （The pulsejet Engine‐a Review of its Development Potential；US Govern. report Monterey，California，USA,1974）、この場合、排ガス管を介して外向 きに到達する圧力波のエネルギがタービン羽根に伝達される。 発明の利点 本発明による、請求の範囲第１項並びに第３項の特徴部分に記載のパルス式の 燃焼原理に従って作業する動力機械並びに動力機械の運転法の利点は、パルス式 の燃焼の際に生ずる圧力波が機械的な作動部材に効果的に伝達されるということ にある。有利にはこのことは、燃焼をも行うケーシング内部で行われる。短い伝 達経路に基づき、前記燃焼原理に従って作業する従来公知の動力機械よりも僅か な圧力損失が得られる。更に、燃料・空気混合物の外部点火は始動プロセス中に のみ行われるので、点火部材の摩耗は最小である。パルス式の燃焼の際に行われ る内部の排ガスフィードバ ックによって、システムに起因して極めて低いＮＯ_x・エミッションが得られる 。 別の請求項に記載の特徴によって、本発明による動力機械の有利な構成が並び に本発明による動力機械の有利な運転法が得られる。 有利には、排ガス用の排出装置は、シリンダ室に連通していて、このシリンダ 室内ではピストンが可動である。これによって、ピストン自体は燃焼プロセスの サイクル順序に従って排出装置の開放及び閉鎖を担う。 自由ピストの使用によって、従来の往復動ピストン機械の場合に必要なクラン ク駆動装置が省かれ、ひいては潤滑手段を省略できる。それというのも、ピスト ンに側方力が作用しないからである。 自由ピストンの並進運動（平行運動）を制限するために、ピストンの運動は燃 焼室とは反対側でばね部材の圧縮によって制限され、このばね部材は、有利には 螺旋状の圧縮ばねとして形成されている。 有利には、ピストンの並進運動はジェネレータを作動するためにも利用される 。このために動力機械にジエネレータが設けられ、この場合、ピストンの運動は ピストンロッドを介してジェネレータのリニアロータ（Linearlaeufer）に伝達 される。 この場合ジェネレータとして構成された動力機械は、有利には非常時発電ユニ ットにおいて使用される。 動力機械の別の有利な使用は、コンプレッサー用の駆動装置として、特に熱ポ ンプにおける使用にある。 動力機械の流入装置は、有利には薄膜（ダイヤフラム）を有していて、この薄 膜は、燃焼室内の圧力状態に関連して燃料及び燃焼空気用の流入部を自動的に開 放又は閉鎖する。 動力機械の始動プロセスの際には燃焼室内に既に燃焼空気が存在するので、薄 膜の弾性は、薄膜の一部にかけられる燃料圧力に基づき薄膜が燃焼室に対する開 口を解放するように、選択されている。 図面 次に図示の実施例につき本発明を説明する。 第１図は、動力機械の部分的な断面図、第２図は、燃料及び燃焼空気用の動力 機械の流入装置の拡大図である。 実施例の説明 第１図で図示の動力機械は、燃焼室１２を形成する耐圧性のケーシング１０を 有している。流入装置１４を介して燃焼室１２に燃料ガス及び燃焼空気が供給さ れる。流入装置１４は第２図によれば薄膜１４ａを有していて、この薄膜は、燃 焼空気通路１４ｂ及び、ノズル１４ｄが配置される燃料ガス導路１４ｃを閉鎖す る。更に、燃焼室１２の入口には点火プラグ１６としての点火装置が設けられて いて、この点火プラグによって、始動プロセス時に燃料ガス・空気混合物が点火 される。燃焼室１２は、円筒状に形成された部分を有していて、この部分は以下 において、ピストン２０が自由に可動に配置されているシリンダ１８と呼ぶ。シ リンダ室には排ガス管（図示せず）の排ガス管片２２が連通している。燃焼室１ ２とは反対のピストン側でシリンダ室内には、スパイラル状に形成された圧縮ば ね２４が配置されていて、この圧縮ばねの圧縮によって、ピストン２０の並進運 動（平行運動）が制限される。更に、燃焼室１２とは反対のピストン側には、ジ ェネレータ２６が接続されていて、この場合ピストン２０は、ピストンロッド２ ８を介してジェネレータのリニアロータ（図示せず）に接続されている。圧縮ば ねの代わりに、圧縮ばね２４が配置されるシリンダ室の一部を作業ガスで充填す ることができ、この作業ガスの圧縮によってピストン２０の運動が制限される。 動力機械は、パルス式の燃焼の公知の原理に従って機能する。ガスアーマチュ ア又はガスバルブ（図示せず）を開放した場合には、燃料ガスは燃料ガス導路１ ４ｃを介して燃料ガス導路１４ｃの端部に配置されたノズル１４ｄに達する。ノ ズル１４ｄにかけられるガス圧は、ノズルをシールする薄膜部分を持ち上げるの に十分であるので、燃料ガスは燃焼室１２内に噴射される。燃焼空気通路１４ｂ は、薄膜１４ａによって閉鎖状態で維持される。第１の点火過程のために必要な 燃料ガスは、既に燃焼室内を占める。動力機械の始動 は、点火プラグ１６を用いた燃料ガス・空気混合物の点火によって行われ、この 場合、燃焼室内での突発的な圧力上昇によって薄膜１４ａが燃料ガス供給を再び 閉鎖する。圧縮波（過圧波）として膨張するガス混合物は、弛緩された圧縮ばね ２４に基づき第１図で図示の位置を占めるピストン２０に衝突する。発生する圧 縮波のパルスによって、ピストン２０は矢印Ａ方向で駆動され、この場合、圧縮 ばね２４が圧縮される。ピストン２０が排ガス管片２２の開口を解放した場合に は、圧縮波は排ガス管を介して外向きに達する。排ガス管の開放端部での突発的 な横断面拡大によって、圧縮波は希薄波（低圧波）として反射しかつ燃焼室１２ 内に戻される。希薄波によって及びこの間に冷却される燃焼室１２によって、燃 焼室１２内で低圧が形成され、この低圧は、燃焼空気通路１４ｂを介して燃焼空 気がかつ燃料ガス導路１４ｃを介して燃料ガスが燃焼室１２内に流入するまで、 薄膜をその弁座から持ち上げるよう作用する。この間に希薄波は部分的に流入装 置１４によって反射されかつ排ガス管片２２及び排ガス管片２２に後置された排 ガス管を介して外向きに達する。そこでは希薄波は圧縮波として反射しかつ新た に燃焼室１２内に達し、この場合、燃焼空気及び熱い残余排ガスが連行される。 連行された残余排ガスは、一種の内部の排ガスフィードバックを行い、これによ って、パルス式の燃焼はＮＯｘ-arme値に制限される 。この間に燃焼室１２内で生ずる過圧状態によって、薄膜１４ａは燃焼空気通路 １４ｂ及び燃料ガス導路１４ｃ内に配置されたノズル１４ｄを閉鎖する。新たに 形成された燃料ガス・空気混合物は熱い残余排ガスで点火され、この場合パルス 式の燃焼サイクルが改めて開始される。排ガス管もしくは動力機械は全体として 、排ガス管の端部で反射する圧縮波が燃焼室１２内に達して、ピストン２０が矢 印Ｂ方向の運動によって排ガス管片２２を閉鎖するように、適合されているかも しくは寸法設定されている。ピストン２０がその終端位置に達すると、即ち、圧 縮ばね２４が再び弛緩されると、ピストン２０は燃料空気混合物の新たな点火に よって再び矢印Ａ方向に駆動される。 ピストン２０の並進運動は、ピストンロッド２８を介してジェネレータ２６の リニアロータに伝達され、この場合、実行される機械的な作業が電気的なエネル ギに変換される。リニアジェネレータとして構成されたこのような動力機械は、 有利には運搬可能な非常時発電ユニット用の駆動装置として使用される。 電流供給部が動力機械に設けられている場合には、ジェネレータは始動プロセ スのための通電によってピストン２０と協働してスタータとして機能する。この 場合、ピストン２０の運動によって初めて燃焼室１２内で適当な低圧状態が得ら れ、この低圧状態は、燃料ガス導路１４ｃのシートからの薄膜１４の持ち上げひ いては燃料ガスの噴射を可能にする。 動力機械の有利な別の実施例は、圧縮熱ポンプ用の駆動装置としての使用にあ る。この場合圧縮ユニットとして構成された構成部材２６は、ピストンロッド２ ８を介してピストン２０に連結された圧縮機を有している。圧縮機に往復動運動 を伝達することによって、圧縮ユニット２６内に設けられた作業媒体が圧縮され る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年７月１６日（１９９８．７．１６） 【補正内容】 請求の範囲 １．燃焼室（１２）内の変化する圧力状態によって装置（１４）を介して燃料及 び燃焼空気の自動的な流入が行われる、パルス式の燃焼原理に従って作業する動 力機械であって、燃焼室（１２）を形成する耐圧性のケーシング（１０）と、燃 焼時に生ずる排ガス用の、燃焼室（１２）に接続される流出装置（２２）とが設 けられており、燃焼室（１２）に接続されるシリンダ（１８）内に、ピストン（ ２０）が可動に配置されており、燃焼室（１２）とは反対側でピストン（２０） にばね力が作用していることを特徴とする、パルス式の燃焼原理に従って作業す る動力機械。 11．燃焼室（１２）内の変化する圧力状態によって燃料及び燃焼空気の自動的な 流入が行われる、パルス式の燃焼原理に従って作業する動力機械の運転法におい て、燃料・空気混合物を点火した際に生ずる圧力波の運動エネルギがばね力に抗 して可動に配置されたピストン（２０）に作用し、該ピストンが、ピストン（２ ０）の並進運動によって流出装置（２２）を開放及び再度閉鎖して、圧力波が新 たに燃焼室における点火プロセスを誘起するようになっていることを特徴とする 、動力機械の運転法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．パルス式の燃焼原理に従って作業する動力機械であって、燃焼室（１２）を 形成する耐圧性のケーシング（１０）と、燃料及び燃焼空気用の流入装置（１４ ）と、燃焼時に生ずる排ガス用の、燃焼室（１２）に接続される流出装置（２２ ）とが設けられている形式のもにおいて、燃焼室（１２）に接続されるシリンダ （１８）内に、ピストン（２０）が可動に配置されており、燃焼室（１２）とは 反対側でピストン（２０）にばね力が作用していることを特徴とする、パルス式 の燃焼原理に従って作業する動力機械。 ２．耐圧性のケーシング（１０）の一部が、シリンダ（１８）として構成されて いる、請求項１記載の動力機械。 ３．排ガス用の流出装置（２２）がシリンダ室に連通していてかつピストン（２ ０）によって閉鎖可能である、請求項１又は２記載の動力機械。 ４．ピストン（２０）が、自由ピストンとして構成されている、請求項１から３ までのいずれか１項記載の動力機械。 ５．ピストン（２０）に作用するばね力が、螺旋状の圧縮ばねとして形成された ばね部材（２４）によって及ぼされる、請求項１から４までのいずれか１項 記載の動力機械。 ６．動力機械に、非常時発電ユニットにおける使用のために用いられるジェネレ ータ（２６）が配置されており、ピストン（２０）の運動が、ピストンロッド（ ２８）を介してジエネレータ（２６）のリニアロータに伝達されるようになって いる、請求項１から５までのいずれか１項記載の動力機械。 ７．ピストン（２０）が、燃焼室（１２）とは反対側で、コンプレッサーユニッ トのピストンロッドに連結されている、請求項１から６までのいずれか１項記載 の動力機械。 ８．動力機械が圧縮熱ポンプにおいて使用されている、請求項７記載の動力機械 。 ９．流入装置（１４）が、燃焼室圧力に関連して燃料及び燃焼空気用の流入部を 開放又は閉鎖する薄膜（１４ａ）を有している、請求項１から８までのいずれか １項記載の動力機械。 10．薄膜（１４ａ）の弾性が、始動プロセス時に燃焼室に対する燃料供給を解放 するように、選ばれている、請求項９記載の動力機械。 11．請求項１から１０までのいずれか１項記載の、パルス式の燃焼原理に従って 作業する動力機械の運転法において、燃料・空気混合物を点火した際に生ずる圧 力波の運動エネルギがばね力に抗して可動に配置されたピストン（２０）に作用 し、この場合、ピ ストン（２０）の並進運動によって流出装置（２２）が開放及び再度閉鎖されて 、圧力波が新たに燃焼室における点火プロセスを誘起するようになっていること を特徴とする、動力機械の運転法。 12． イ）燃料用の流入装置（１４）を開放し、 ロ）燃料・空気混合物を点火し、 ハ）ピストン（２０）の運動によって流出装置（２２）を開放し、 ニ）流出装置（２２）の開放端部で圧力波を反射し、 ホ）反射された発力波によって得られる燃焼室（１２）内の圧力状態に基づ いて燃料及び燃焼空気用の流入装置（２２）を開放し、 ヘ）流出装置（２２）の開放端部で圧力波を新たに流出させかつ新たに反射 し、 ト）反射された発力波によって得られる燃焼室（１２）内の圧力状態に基づ いて燃料及び燃焼空気用の流入装置（１４）を閉鎖し、 チ）ピストン（２０）の戻り運動によって流出装置（２２）を閉鎖して、燃 料・空気混合物を新たに点火するような、作業サイクル順序を実施する、請求項 １１記載の運転法。 13．始動プロセス時に流入装置（１４）にかけられる燃料圧力を、燃料用の流入 装置（１４）を開放する のに十分であるようにする、請求項１２記載の運転法。