JP2024027346A - shock wave generator - Google Patents
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Abstract
【課題】衝撃波生成装置において、燃焼装置に供給する可燃性ガスの供給量制御の高精度化を図る。【解決手段】基端から先端に向けて燃焼ガスが流れるガス通路が設けられて前記先端に開口部が設けられる燃焼装置と、燃料を供給する燃料供給経路と、酸化剤を供給する酸化剤供給経路と、燃料と酸化剤が混合された可燃性ガスを燃焼装置に供給する可燃性ガス供給経路と、燃料供給経路を流れる燃料の流量を調整する燃料流量調整装置と、酸化剤供給経路を流れる酸化剤の流量を調整する酸化剤流量調整装置と、燃焼装置に供給された可燃性ガスに点火する点火装置とを備える。【選択図】図1An object of the present invention is to improve the accuracy of controlling the amount of combustible gas supplied to a combustion device in a shock wave generation device. [Solution] A combustion device is provided with a gas passage through which combustion gas flows from a base end toward a distal end, and an opening is provided at the distal end, a fuel supply path that supplies fuel, and an oxidizer supply that supplies an oxidizer. a combustible gas supply route that supplies a combustible gas containing a mixture of fuel and oxidizer to the combustion device; a fuel flow rate adjustment device that adjusts the flow rate of fuel flowing through the fuel supply route; It includes an oxidizer flow rate adjustment device that adjusts the flow rate of the oxidizer, and an ignition device that ignites the combustible gas supplied to the combustion device. [Selection diagram] Figure 1
Description
本開示は、爆轟による衝撃波を生成するための衝撃波生成装置に関するものである。 The present disclosure relates to a shock wave generation device for generating shock waves due to detonation.
例えば、ごみ焼却炉、石炭ガス化複合発電設備(IGCC)、発電用ボイラなどは、排ガス中に含まれるダストが火炉の内壁面や伝熱管の外面などに付着する。火炉の内壁面や伝熱管の外面などに付着したダストは、熱伝達率を低下させて熱回収効率を悪化させたり、排ガスの流れの抵抗になって火炉の性能を低下させたりする。そのため、ダスト除去装置により、火炉の内壁や伝熱管の外面に付着したダストを定期的に除去する必要がある。 For example, in a garbage incinerator, an integrated coal gasification combined cycle (IGCC), a power generation boiler, and the like, dust contained in exhaust gas adheres to the inner wall surface of the furnace, the outer surface of the heat transfer tube, and the like. Dust that adheres to the inner wall surface of the furnace, the outer surface of the heat exchanger tubes, etc. reduces the heat transfer coefficient, worsening the heat recovery efficiency, and acts as a resistance to the flow of exhaust gas, reducing the performance of the furnace. Therefore, it is necessary to periodically remove dust adhering to the inner wall of the furnace and the outer surface of the heat exchanger tubes using a dust removal device.
ダスト除去装置は、衝撃波生成装置を有する。衝撃波生成装置は、燃料を燃焼させることで火炎の伝播速度が音速を超える爆轟による衝撃波を生成する。ダスト除去装置は、衝撃波生成装置が生成した衝撃波によりダストを除去する。このような従来の衝撃波生成装置として、下記特許文献に記載されたものがある。 The dust removal device includes a shock wave generating device. A shock wave generation device generates a shock wave by detonation in which the propagation speed of flame exceeds the speed of sound by burning fuel. The dust removal device removes dust using shock waves generated by the shock wave generation device. As such a conventional shock wave generation device, there is one described in the following patent documents.
衝撃波生成装置は、燃料と酸化剤とが混合された混合気を燃焼室に供給し、燃焼室に所定量の混合気が充填されると、混合気に点火する。すると、混合気が燃焼することで爆轟による衝撃波が生成する。この場合、燃焼室に混合気を供給するとき、供給した混合気の総量を求めるため、燃焼器より上流の圧力容器の圧力を監視している。ところが、燃焼室に対する混合気の供給中は、燃焼室の圧力が変動するため、このときの瞬時の流量がわからず、燃焼室に対する混合器の高精度な流量制御が困難となる。 The shock wave generator supplies a mixture of fuel and an oxidizer to a combustion chamber, and ignites the mixture when the combustion chamber is filled with a predetermined amount of the mixture. The air-fuel mixture then burns, creating a shock wave due to the detonation. In this case, when supplying the mixture to the combustion chamber, the pressure in the pressure vessel upstream of the combustor is monitored in order to determine the total amount of the supplied mixture. However, since the pressure in the combustion chamber fluctuates while the air-fuel mixture is being supplied to the combustion chamber, the instantaneous flow rate at this time is not known, making it difficult to control the flow rate of the mixer to the combustion chamber with high precision.
本開示は、上述した課題を解決するものであり、燃焼室に供給する可燃性ガスの供給量制御の高精度化を図る衝撃波生成装置を提供することを目的とする。 The present disclosure solves the above-mentioned problems, and aims to provide a shock wave generation device that achieves high precision control of the amount of combustible gas supplied to a combustion chamber.
上記の目的を達成するための本開示の衝撃波生成装置は、基端から先端に向けて燃焼ガスが流れるガス通路が設けられて前記先端に開口部が設けられる燃焼装置と、燃料を供給する燃料供給経路と、酸化剤を供給する酸化剤供給経路と、前記燃料と前記酸化剤が混合された可燃性ガスを前記燃焼装置に供給する可燃性ガス供給経路と、前記燃料供給経路を流れる前記燃料の流量を調整する燃料流量調整装置と、前記酸化剤供給経路を流れる前記酸化剤の流量を調整する酸化剤流量調整装置と、前記燃焼装置に供給された前記可燃性ガスに点火する点火装置と、を備える。 A shock wave generating device of the present disclosure for achieving the above object includes a combustion device in which a gas passage through which combustion gas flows from a base end to a distal end and an opening is provided at the distal end; and a combustion device that supplies fuel. a supply route; an oxidizer supply route for supplying an oxidizer; a combustible gas supply route for supplying a combustible gas in which the fuel and the oxidizer are mixed to the combustion device; and the fuel flowing through the fuel supply route. a fuel flow rate adjustment device that adjusts the flow rate of the oxidizer flowing through the oxidizer supply path, an oxidizer flow rate adjustment device that adjusts the flow rate of the oxidizer flowing through the oxidizer supply path, and an ignition device that ignites the combustible gas supplied to the combustion device. , is provided.
本開示の衝撃波生成装置によれば、燃焼装置に供給する可燃性ガスの供給量制御の高精度化を図ることができる。 According to the shock wave generation device of the present disclosure, it is possible to achieve high accuracy in controlling the amount of combustible gas supplied to the combustion device.
以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to this embodiment, and if there are multiple embodiments, the present disclosure also includes a configuration in which each embodiment is combined. In addition, the components in the embodiments include those that can be easily imagined by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are in the so-called equivalent range.
[第1実施形態]
<衝撃波生成装置>
図1は、第1実施形態の衝撃波生成装置を表す概略構成図である。
[First embodiment]
<Shock wave generator>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a shock wave generation device according to a first embodiment.
図1に示すように、第1実施形態の衝撃波生成装置10は、ごみ焼却炉、石炭ガス化複合発電設備、発電用ボイラ(以下、ボイラと称する。)などの火炉の内壁面や伝熱管の外面などに付着するダストを除去するダスト除去装置に適用される。なお、火炉は、ボイラの燃焼場の周囲を取り囲む壁部から構成されるものであるが、ダスト除去装置は、火炉の上部や下部に連続する壁部の内壁面などに付着するダストを除去することができる。ダスト除去装置は、火炉の内部に連通する配管を通して火炉内に可燃性ガスを供給し、可燃性ガスに着火させることで爆轟による衝撃波Sを発生させる。すなわち、可燃性ガスが燃焼すると、火炎と衝撃波が一体になった爆轟波が伝播し、可燃性ガスがなくなった時点で衝撃波として伝播する。ダスト除去装置は、爆轟による衝撃波Sが火炉の内壁や伝熱管の外面に作用することで、付着したダストを吹き飛ばして除去する。
As shown in FIG. 1, the shock
衝撃波生成装置10は、ダスト除去装置に設けられ、ボイラの停止中にダスト除去装置が作動するとき、燃料の燃焼による爆轟で衝撃波Sを生成するものである。
The shock
衝撃波生成装置10は、燃焼装置11と、可燃性ガス供給装置12と、点火装置13と、制御装置14とを備える。
The shock
燃焼装置11は、基端から先端に向けて燃焼ガスが流れるガス通路21を有する。燃焼装置11は、起爆管22と、燃焼器23とを有する。ガス通路21は、起爆管22の内部に設けられる第1通路24と、燃焼器23の内部に設けられる第2通路25とから構成される。
The
起爆管22は、筒形状をなし、基端22aが閉塞し、先端22bが開口する。起爆管22は、内部に所定長さの第1通路24が設けられる。起爆管22は、基端22aに可燃性ガス供給装置12が接続される。燃焼器23は、筒形状をなし、基端23aが起爆管22の先端22bに連結されて連通し、先端23bが開口して開口部23cが設けられる。起爆管22のガス通路21と、燃焼器23の第2通路25は、同心である。但し、起爆管22のガス通路21と、燃焼器23の第2通路25は、同心ではなくてもよく、異なる形状であってもよい。燃焼器23は、内部に所定長さの第2通路25が設けられる。燃焼器23の第2通路25は、起爆管22の第1通路24より大径である。燃焼器23は、基端23aから先端22bまで第2通路25が同径であるが、基端23aに対して先端22bが拡径していてもよい。
The
起爆管22は、基端22aに混合促進器26が設けられる。混合促進器26は、燃料Fと酸化剤Aとの混合を促進するものである。混合促進器26は、例えば、ディフューザ、複数の突起から構成される渦発生器、格子などの整流器、また、これらの組合せである。燃焼器23は、先端23bの開口部23cが火炉101の火炉壁102に区画された内部空間103に連通する。
The
可燃性ガス供給装置12は、燃料供給部31と、酸化剤供給部41とを有する。燃料供給部31は、燃料Fを供給する。酸化剤供給部41は、酸化剤Aとしての酸素または空気を供給する。可燃性ガス供給装置12は、燃料供給部31が供給した燃料Fと酸化剤供給部41が供給した酸化剤Aとが混合された混合気を可燃性ガスMとして燃焼装置11の基端から内部に供給する。
The combustible
燃料供給部31は、燃料供給経路32と、燃料ボンベ33と、減圧弁34と、マスフローコントローラ(燃料流量調整装置)35と、安全器36と、燃料供給弁37と、逆止弁38とを有する。燃料供給経路32は、上流端部に燃料ボンベ33が連結され、下流側に向けて減圧弁34、マスフローコントローラ35、安全器36、燃料供給弁37、逆止弁38が設けられる。燃料ボンベ33は、燃料Fが貯留される。減圧弁34は、燃料ボンベ33の燃料Fを減圧し、供給する燃料Fの圧力を調整する。マスフローコントローラ35は、燃料Fの質量流量を計測し、計測した燃料Fの質量流量と予め設定された燃料Fの設定値とを比較し、燃料Fの質量流量が設定値となるように流量制御弁の開度を調整する。安全器36は、逆火を防止する。燃料供給弁37は、開閉弁であり、開放時に燃料Fを供給し、閉止時に燃料Fの供給を停止する。逆止弁38は、上流側への燃料Fや可燃性ガスMの逆流を防止する。
The
酸化剤供給部41は、酸化剤供給経路42と、酸化剤ボンベ43と、減圧弁44と、マスフローコントローラ(酸化剤流量調整装置)45と、安全器46と、酸化剤供給弁47と、逆止弁48とを有する。酸化剤供給経路42は、上流端部に酸化剤ボンベ43が連結され、下流側に向けて減圧弁44、マスフローコントローラ45、安全器46、酸化剤供給弁47、逆止弁48が設けられる。酸化剤ボンベ43は、酸化剤Aが貯留される。減圧弁44は、酸化剤ボンベ43の酸化剤Aを減圧し、供給する酸化剤Aの圧力を調整する。マスフローコントローラ45は、酸化剤Aの質量流量を計測し、計測した酸化剤Aの質量流量と予め設定された酸化剤Aの設定値とを比較し、酸化剤Aの質量流量が設定値となるように流量制御弁の開度を調整する。安全器46は、逆火を防止する。酸化剤供給弁47は、開閉弁であり、開放時に酸化剤Aを供給し、閉止時に酸化剤Aの供給を停止する。逆止弁48は、上流側への酸化剤Aや可燃性ガスMの逆流を防止する。
The oxidizing
燃料供給経路32と酸化剤供給経路42は、下流端部がクロス継手51を介して可燃性ガス供給経路52の上流端部に連結され、可燃性ガス供給経路52は、下流端部が起爆管22の基端22aに連結される。また、パージガス経路53は、上流端部に送風機54が連結され、下流端部がクロス継手51に連結される。パージガス経路53は、パージガス供給弁55が設けられる。クロス継手51は、燃料供給経路32と酸化剤供給経路42と可燃性ガス供給経路52とパージガス経路53とを連通する。送風機54は、パージガス(例えば、空気や不活性ガスなど)Pを可燃性ガス供給経路52に供給する。パージガス供給弁55は、開閉弁であり、開放時にパージガスPを供給し、閉止時にパージガスPの供給を停止する。
The downstream ends of the
点火装置13は、燃焼装置11における起爆管22に供給された可燃性ガスMに点火する。点火装置13は、起爆管22の基端22aに設けられる。
The
制御装置14は、点火装置13、マスフローコントローラ35、燃料供給弁37、マスフローコントローラ45、酸化剤供給弁47、パージガス供給弁55が接続される。
The
制御装置14は、点火装置13による可燃性ガスMへの点火時期を制御可能である。制御装置14は、マスフローコントローラ35とマスフローコントローラ45を調整制御可能である。制御装置14は、燃料供給弁37と酸化剤供給弁47とパージガス供給弁55を開閉制御可能である。
The
ここで、制御装置14は、コントローラであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)などにより、記憶部に記憶されている各種プログラムがRAMを作業領域として実行されることにより実現される。
Here, the
<可燃性ガスの流量調整制御>
マスフローコントローラ35は、燃料供給経路32を流れる燃料Fの質量流量を計測し、燃料Fの質量流量と燃料Fの設定値とを比較し、燃料Fの質量流量が設定値となるように流量制御弁の開度を調整する。燃料Fの設定値は、燃焼装置11などの形態や燃焼情報などに応じて設定される。マスフローコントローラ45は、酸化剤供給経路42を流れる酸化剤Aの質量流量を計測し、酸化剤Aの質量流量と酸化剤Aの設定値とを比較し、酸化剤Aの質量流量が設定値となるように流量制御弁の開度を調整する。酸化剤Aの設定値は、燃焼装置11などの形態や燃焼情報などに応じて設定される。なお、燃料Fの設定値と酸化剤Aの設定値は、マスフローコントローラ35,45を事前調整して設定してもよいし、制御装置14が設定してもよい。燃料Fの設定値と酸化剤Aの設定値により可燃性ガスMの混合比Rが設定される。
<Flammable gas flow rate adjustment control>
The
可燃性ガス供給装置12が燃焼装置11に供給する可燃性ガスMの供給量は、マスフローコントローラ35,45で設定された燃料Fおよび酸化剤Aの各設定値と、燃料供給弁37および酸化剤供給弁47の各開弁時間により決まる。制御装置14は、マスフローコントローラ35,45で燃料Fおよび酸化剤Aの各設定値を設定すると共に、燃料供給弁37および酸化剤供給弁47の各開弁時間を制御する。すなわち、マスフローコントローラ35,45で燃料Fおよび酸化剤Aの各設定値が設定されることで、制御装置14は、可燃性ガス供給装置12が燃焼装置11に可燃性ガスMを供給しているとき、瞬時の燃料Fおよび酸化剤Aの供給量(混合比)を取得することができる。
The supply amount of the combustible gas M that the combustible
マスフローコントローラ35,45を適用することで、可燃性ガス供給装置12が燃焼装置11に可燃性ガスMを供給するときの瞬時流量を制御することができる。そのため、燃焼装置11への可燃性ガスMの供給時、燃料Fと酸化剤Aの混合比を高精度に一定に維持することができ、安定した強度で爆轟による衝撃波を生成することができる。なお、制御する燃料Fと酸化剤Aの混合比は、燃料Fと酸化剤Aの組み合わせで変わるが、R(モル比)=0.001~20の範囲である。
By applying the
また、マスフローコントローラ35,45により燃料Fおよび酸化剤Aの各設定値が設定されることで、制御装置14は、燃料供給弁37および酸化剤供給弁47の各開弁時間により可燃性ガスMの供給量を調整することができる。衝撃波生成装置10は、基本的に、多量の可燃性ガスM(燃料F)を供給した方が爆轟による衝撃波の強度が高くなる。しかし、例えば、除去するダストの量が少ない場合、可燃性ガスM(燃料F)の供給量を多くして爆轟による衝撃波の強度を高くする必要はない。そのため、制御装置14は、燃料供給弁37および酸化剤供給弁47の各開弁時間により可燃性ガスMの供給量を調整し、例えば、除去するダストの量に応じた量の可燃性ガスM(燃料F)を供給すればよい。このような制御により、燃料Fや酸化剤Aの使用量を抑制し、ランニングコストを下げることができる。
Further, by setting the respective set values of the fuel F and the oxidizer A by the
[第2実施形態]
図2は、第2実施形態の衝撃波生成装置における可燃性ガスの供給量制御を表すグラフである。なお、第2実施形態の基本的な構成は、上述した第1実施形態と同様であり、図1を用いて説明し、第1実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 2 is a graph showing control of the supply amount of combustible gas in the shock wave generation device of the second embodiment. Note that the basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above, and will be explained using FIG. A detailed explanation will be omitted.
図1に示すように、衝撃波生成装置10は、燃焼装置11と、可燃性ガス供給装置12と、点火装置13と、制御装置14とを備える。制御装置14は、燃料供給弁37および酸化剤供給弁47の各開弁時間を調整することで、燃焼装置11への可燃性ガスMの供給量を調整することができる。また、マスフローコントローラ35,45により燃料Fおよび酸化剤Aの単位時間当たりの供給量の各設定値が設定されている。制御装置14は、マスフローコントローラ35,45による燃料Fおよび酸化剤Aの各設定値を変更することで、可燃性ガスMにおける燃料Fと酸化剤Aとの混合比Rを調整することができる。
As shown in FIG. 1, the shock
可燃性ガス供給装置12が燃焼装置11に可燃性ガスMを供給しているとき、制御装置14は、マスフローコントローラ35,45の設定値を変更することで、可燃性ガスMの混合比Rを調整する。
When the combustible
可燃性ガス供給装置12が燃焼装置11に可燃性ガスMを供給しているとき、マスフローコントローラ35,45の設定値が一定値であるにもかかわらず、外部要因により可燃性ガスMの混合比Rが変動してしまうことがある。例えば、衝撃波生成装置10の作動直前まで、燃焼装置11は、内部がパージガスPに満たされている。ここで、パージガスPが空気であるとき、燃焼装置11は、内部が酸化剤である空気で満たされていることになる。そのため、可燃性ガス供給装置12が燃焼装置11に対して所定の混合比Rの可燃性ガスMの供給を開始しても、供給初期では、燃焼装置11に残留する酸化剤(空気)と可燃性ガスMが混合することとなり、混合比が低下してしまう。
When the combustible
そこで、可燃性ガス供給装置12による燃焼装置11への可燃性ガスMの供給初期では、制御装置14は、マスフローコントローラ35,45の設定値を変更し、燃料Fが過剰になる混合比Rに変更する。ここで、可燃性ガスMの供給初期とは、燃料供給弁37および酸化剤供給弁47の開放時期から予め設定された所定期間である。図1および図2に示すように、時間t0にて、制御装置14は、可燃性ガス供給装置12を作動して燃料供給弁37および酸化剤供給弁47を開放し、燃焼装置11への可燃性ガスMの供給を開始する。このとき、制御装置14は、マスフローコントローラ35,45の設定値を、燃料Fが過剰になる混合比Rとする。制御装置14は、例えば、初期混合比(燃料/酸化剤)Rgを、予め設定された所定の混合比Rに係数a(1<a<10)を乗算した値となるように、マスフローコントローラ35,45の設定値を変更する。すると、時間t1にて、燃料Fが過剰となる初期混合比Rgとなる。
Therefore, at the beginning of the supply of combustible gas M to the
制御装置14は、例えば、時間t1~時間t2にて、初期混合比Rgを一定に維持する。そして、制御装置14は、時間t2~時間t3にかけて混合比(燃料/酸化剤)Rを低下させる。制御装置14は、例えば、時間t2~時間t3にかけて燃料Fが過剰となる初期混合比Rgから所定の混合比Rまで低下させる。この場合、混合比Rは、連続的に変化しているが、段階的に変化させてもよい。その後、時間t3にて、可燃性ガス供給装置12の作動を停止して燃料供給弁37および酸化剤供給弁47を閉止し、時間t4にて、可燃性ガスMの供給が終了する。
The
なお、上述の説明では、時間t1~時間t2にて、初期混合比Rgを一定に維持し、時間t2~時間t3にて、混合比Rを低下させたが、この構成に限定されない。例えば、時間t1~時間t3にて、初期混合比Rgを混合比Rまで低下させたり、時間t1~時間t2にて、初期混合比Rgを混合比Rまで低下させ、時間t2~時間t3にて、混合比Rを一定に維持したりしてもよい。また、初期混合比Rgを設定するための係数aや変化度合いは、予めCFD解析などにより残留する空気量を把握してシーケンスとして与えてもよいし、燃焼装置11の内部に残留空気量を計測器(図示略)により測定して混合比Rにフィードバック制御をかけてもよい。
Note that in the above description, the initial mixture ratio Rg was maintained constant from time t1 to time t2, and the mixture ratio R was decreased from time t2 to time t3, but the configuration is not limited to this. For example, from time t1 to time t3, the initial mixing ratio Rg is reduced to mixing ratio R, from time t1 to time t2, the initial mixing ratio Rg is reduced to mixing ratio R, and from time t2 to time t3, the initial mixing ratio Rg is reduced to mixing ratio R, and from time t2 to time t3, , the mixing ratio R may be maintained constant. Further, the coefficient a and the degree of change for setting the initial mixture ratio Rg may be given as a sequence by determining the amount of residual air in advance through CFD analysis, or by measuring the amount of residual air inside the
また、点火装置13は、燃焼装置11における基端に配置される。そのため、点火装置13は、燃焼装置11に対して供給終了直前の可燃性ガスMに対して点火する。このとき、点火装置13は、燃焼装置11の内部の可燃性ガスMに対して着実に点火させたい。そこで、可燃性ガス供給装置12による燃焼装置11への可燃性ガスMの供給終期では、制御装置14は、マスフローコントローラ35,45の設定値を変更し、点火装置13が可燃性ガスMに点火しやすい混合比Rに変更する。ここで、供給終期とは、燃焼装置11への可燃性ガスMの充てん量に応じて設定される燃料供給弁37および酸化剤供給弁47の開放時間における停止時期から遡って予め設定された所定期間である。すなわち、制御装置14は、可燃性ガスMの供給終期である時間t3にて、混合比Rを、燃料Fと酸化剤Aが過不足なく反応する比である量論混合比Rs付近となるように、マスフローコントローラ35,45の設定値を変更する。量論混合比Rsは、例えば、予め設定された所定の混合比Rに係数b(0.3<b<3)を乗算した値である。
Further, the
[第3実施形態]
図3は、第3実施形態の衝撃波生成装置を表す概略構成図である。なお、上述した第1実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Third embodiment]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a shock wave generation device according to a third embodiment. Note that members having the same functions as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
衝撃波生成装置10Aは、燃焼装置11と、可燃性ガス供給装置12Aと、点火装置13と、制御装置14とを備える。燃焼装置11と点火装置13と制御装置14は、第1実施形態と同様である。
The shock
可燃性ガス供給装置12Aは、燃料供給部31Aと、酸化剤供給部41Aとを有する。燃料供給部31Aは、燃料供給経路32と、燃料ボンベ33と、減圧弁34と、ソニックノズル(燃料流量調整装置)61と、安全器36と、燃料供給弁37と、逆止弁38とを有する。第2実施形態では、燃料流量調整装置として、第1実施形態のマスフローコントローラ35からソニックノズル61に変更している。また、酸化剤供給部41Aは、酸化剤供給経路42と、酸化剤ボンベ43と、減圧弁44と、ソニックノズル(酸化剤流量調整装置)71と、安全器46と、酸化剤供給弁47と、逆止弁48とを有する。第2実施形態では、酸化剤流量調整装置として、第1実施形態のマスフローコントローラ45からソニックノズル71に変更している。
The combustible
ソニックノズル61,71は、制御装置14が制御せず、燃料Fおよび酸化剤Aの各設定値は、予め設定されている。なお、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置として、ソニックノズル61,71を設けたが、オリフィスであってもよい。
The
燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置として、ソニックノズル61,71やオリフィスを適用したことで、可燃性ガス供給装置12Aが燃焼装置11に供給する可燃性ガスMの瞬時流量を適切に調整することができる。
By applying the
[第4実施形態]
図4は、第4実施形態の衝撃波生成装置を表す概略構成図である。なお、上述した第1実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Fourth embodiment]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a shock wave generation device according to the fourth embodiment. Note that members having the same functions as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
衝撃波生成装置10Bは、燃焼装置11と、可燃性ガス供給装置12Bと、点火装置13と、制御装置14とを備える。燃焼装置11と点火装置13と制御装置14は、第1実施形態と同様である。
The shock
可燃性ガス供給装置12Bは、燃料供給部31Bと、酸化剤供給部41Bとを有する。燃料供給部31Bは、燃料供給経路32と、燃料ボンベ33と、減圧弁34と、ソニックノズル装置(燃料流量調整装置)61Bと、安全器36と、燃料供給弁37と、逆止弁38とを有する。第3実施形態では、燃料流量調整装置として、第1実施形態のマスフローコントローラ35からソニックノズル装置61Bに変更している。また、酸化剤供給部41Bは、酸化剤供給経路42と、酸化剤ボンベ43と、減圧弁44と、ソニックノズル装置(酸化剤流量調整装置)71Bと、安全器46と、酸化剤供給弁47と、逆止弁48とを有する。第3実施形態では、酸化剤流量調整装置として、第1実施形態のマスフローコントローラ45からソニックノズル装置71Bに変更している。
The combustible
ソニックノズル装置61Bにて、燃料供給経路32は、減圧弁34と安全器36との間に並列をなして第1燃料分岐経路62と第2燃料分岐経路63が設けられる。第1燃料分岐経路62と第2燃料分岐経路63は、それぞれ第1ソニックノズル64と第2ソニックノズル65、第1開閉弁66と第2開閉弁67が設けられる。制御装置14は、第1開閉弁66と第2開閉弁67を開閉制御可能である。ソニックノズル装置71Bにて、酸化剤供給経路42は、減圧弁44と安全器46との間に並列をなして第1酸化剤分岐経路72と第2燃料分岐経路73が設けられる。第1酸化剤分岐経路72と第2燃料分岐経路73は、それぞれ第1ソニックノズル74と第2ソニックノズル75、第1開閉弁76と第2開閉弁77が設けられる。制御装置14は、第1開閉弁76と第2開閉弁77を開閉制御可能である。なお、ソニックノズル64,65,74,75は、オリフィスであってもよい。
In the
制御装置14は、第1開閉弁66と第2開閉弁67を開閉制御すると共に、第1開閉弁76と第2開閉弁77を開閉制御することで、燃焼装置11に供給する可燃性ガスMにおける燃料Fと酸化剤Aとの混合比Rを調整することができる。例えば、第1開閉弁66および第2開閉弁67と第1開閉弁76および第2開閉弁77とを開放すると、可燃性ガスMにおける燃料Fと酸化剤Aとの混合比は、予め設定された所定の混合比Rとなる。また、第1開閉弁66と第1開閉弁76および第2開閉弁77とを開放し、第2開閉弁67を閉止すると、可燃性ガスMにおける燃料Fと酸化剤Aとの混合比は、所定の混合比Rに対して酸化剤Aの過剰となる。一方、第1開閉弁66および第2開閉弁67と第1開閉弁76とを開放し、第2開閉弁77を閉止すると、可燃性ガスMにおける燃料Fと酸化剤Aとの混合比は、所定の混合比Rに対して燃料Fの過剰となる。
The
なお、第1開閉弁66と第2開閉弁67との最大弁開度を異なる設定値としたり、第1開閉弁76と第2開閉弁77との最大弁開度を異なる設定値としたりしてもよい。また、燃料供給経路32と酸化剤供給経路42は、2分岐に限らず、3分岐以上としてもよい。
Note that the maximum valve openings of the first on-off
燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置として、ソニックノズル装置61B,71Bを適用したことで、可燃性ガス供給装置12Bが燃焼装置11に供給する可燃性ガスMの瞬時流量を適切に調整することができる。
By applying the
[第5実施形態]
<衝撃波生成装置>
図5は、第5実施形態の衝撃波生成装置を表す概略構成図、図6は、衝撃波生成装置を表す火炉側からの正面図である。なお、上述した第1実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Fifth embodiment]
<Shock wave generator>
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the shock wave generation device of the fifth embodiment, and FIG. 6 is a front view showing the shock wave generation device from the furnace side. Note that members having the same functions as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図5および図6に示すように、衝撃波生成装置10Cは、燃焼装置11と、可燃性ガス供給装置12と、点火装置13と、制御装置14と、噴出部15とを備える。
As shown in FIGS. 5 and 6, the shock
火炉101は、火炉壁102を有する。火炉101は、火炉壁102の内壁面102aにより区画される内部空間103を有する。火炉101は、内部空間103に図示しない熱交換器を構成する伝熱管が配置される。火炉101の内部空間103は、高温の排ガスG1が所定の方向に流動する。高温の排ガスG1の流動方向は、内部空間103の位置や周囲の形状などにより変動するものであるが、以下では、高温の排ガスG1が内部空間103を上昇する場合について説明する。
The
燃焼装置11は、起爆管22と、燃焼器23Aとを有する。起爆管22は、可燃性ガスMを対象領域である内部空間103に供給可能である。起爆管22は、例えば、円筒形状をなし、長手方向に対して内径が同じである。但し、起爆管22は、円筒形状に限らず、多角形筒形状であってもよい。起爆管22は、軸方向の一端部に可燃性ガス供給装置12が連結され、他端部に燃焼器23Aが連結される。
The
燃焼器23Aは、配管23Aaと、拡大管23Abとを有し、起爆管22と火炉101の火炉壁102(内部空間103)との間に設けられる。配管23Aaは、火炉壁102側の内径が起爆管22の内径より大きい。拡大管23Abは、配管23Aa側から火炉壁102(内部空間103)側に向けて連続して一様に拡径する。すなわち、拡大管23Abは、軸方向の一端部が配管23Aaと同径であり、配管23Aaの基端部が起爆管22の他端部に連結される。拡大管23Abは、軸方向の一端部から他端部に向けて径が徐々に拡大し、火炉壁102に連結される。なお、燃焼器23Aは、内部での可燃性ガスMの爆轟による衝撃波により反動が作用することから、火炉壁102に対する燃焼器23Aの連結部を移動自在としてもよい。
The
噴出部15は、燃焼器23Aにおける拡大管23Abの外周部から中心部側に向けて不燃性ガスNを噴出する。噴出部15は、拡大管23Abにおける他端部側、つまり、火炉101(内部空間103)側に設けられる。
The
拡大管23Abは、他端部側の外側に外筒管81が配置される。外筒管81は、拡大管23Abより大径の円筒形状をなし、拡大管23Abと同様に、軸方向の一端部から他端部に向けて連続して一様に拡径する。外筒管81は、内周面が拡大管23Abの外周面と隙間を空けて配置され、外周面が火炉壁102の貫通孔102bに嵌合して固定される。そのため、拡大管23Abは、他端部側が火炉壁102の内部に配置され、外筒管81は、全てが火炉壁102の内部に配置される。なお、外筒管81も、拡大管23Abと同様に、火炉壁102に対して移動自在に連結してもよい。
The expansion tube 23Ab has an
外筒管81は、外筒部81aと、フランジ部81bとを有する。外筒部81aは、拡大管23Abの外周面から隙間を空けて配置される。フランジ部81bは、外筒管81における軸方向の他端部側に配置され、外周部が外筒部81aの他端部に連結され、内周部が拡大管23Abの他端部に連結される。そのため、拡大管23Abと外筒管81との間に円筒形状をなすガス流動部82が形成される。
The outer
また、外筒管81は、軸方向の一端部側にヘッダ83が配置される。ヘッダ83は、リング形状をなすと共に、L字断面形状をなす。ヘッダ83は、幅方向の一端部が火炉壁102の外壁面102cに固定され、他端部が拡大管23Ab燃の外周面に固定される。そのため、ヘッダ83は、火炉壁102と拡大管23Abとの間にリング形状をなすガス空間部84を区画する。ガス空間部84は、ガス流動部82の一端部側に連通する。なお、ヘッダ83も、拡大管23Abや外筒管81と同様に、火炉壁102に対して移動自在に連結してもよい。また、ヘッダ83を外筒管81に固定してガス空間部84を区画してもよい。
Further, a
噴出部15は、不燃性ガスNを噴出する複数(本実施形態では、8個)の噴出孔15aを有する。複数の噴出孔15aは、燃焼器23Aにおける軸方向の他端部側、つまり、火炉101の内部空間103側に形成される。複数の噴出孔15aは、拡大管23Abの周方向に沿うスリット形状をなす開口である。但し、噴出孔15aの個数は限定されない。また、噴出孔15aは、スリット形状に限らず、円形孔であってもよい。
The
噴出部15を構成する複数の噴出孔15aは、拡大管23Abの径方向に対して火炉101の内部空間103側に傾斜した傾斜方向に向けて不燃性ガスNを噴出する。すなわち、拡大管23Abは、一端部が他端部に向けて拡径する。複数の噴出孔15aは、拡径する拡大管23Abの他端部に対して直交する方向に貫通する孔である。そのため、複数の噴出孔15aは、燃焼器23Aの外周部から内部空間103側に向けて不燃性ガスNを噴出する。
The plurality of
ところで、拡大管23Abは、予め設定された所定の拡大率に設定される。例えば、拡大管23Abは、一端部側の内径R1、他端部側の内径R2のとき、面積比(R2/2)2π/(R1/2)2π=1.4~4.0に設定することが好ましい。また、拡大管23Abは、中心線に対する内面の角度α=10度~50度に設定することが好ましい。また、噴出孔15aは、拡大管23Abの径方向に対する不燃性ガスNの噴出角度β=0度~45度に設定することが好ましい。
By the way, the expansion tube 23Ab is set to a predetermined expansion ratio that is set in advance. For example, when the expansion tube 23Ab has an inner diameter R1 at one end and an inner diameter R2 at the other end, the area ratio (R2/2) 2 π/(R1/2) 2 π = 1.4 to 4.0. It is preferable to set Further, it is preferable that the inner surface of the expansion tube 23Ab is set at an angle α of 10 degrees to 50 degrees with respect to the center line. Further, it is preferable that the
ヘッダ83は、ポート85を介してガス供給ライン86の一端部が連結される。ガス供給ライン86は、他端部にガス供給源87が連結されると共に、中途部に開閉弁88が設けられる。ここで、ガス供給源87は、例えば、送風機や圧縮機などであり、不燃性ガスNとしての空気または圧縮空気を供給するものである。但し、ガス供給源87は、この構成に限定されるものではない。例えば、不燃性ガスNを空気ではなく、空気より酸素分率が低い気体や不活性ガス(窒素やアルゴンなど)とし、ガス供給源87は、これらの気体を貯蔵するタンクなどとしてもよい。
The
そのため、制御装置14が開閉弁88を開放すると、ガス供給源87から不燃性ガスNがガス供給ライン86に供給され、ポート85を介してガス空間部84に供給される。ガス空間部84の供給された不燃性ガスNは、ガス流動部82を燃焼器23Aの他端部側に流れ、複数の噴出孔15aから燃焼器23Aの中心部側に噴出される。
Therefore, when the
<衝撃波生成装置の作用>
火炉101にて、長期の使用により火炉壁102の内壁面102aや熱交換器の伝熱管(図示略)などにダストが付着すると、ダスト除去装置を作動させる。すなわち、供給装置により可燃性ガスMを起爆管22に供給して充てんし、可燃性ガスMに着火する。すると、可燃性ガスMは、起爆管22の内部で燃焼して火炎Cが発生し、爆轟による衝撃波Sを発生させる。発生した衝撃波Sは、起爆管22および燃焼器23Aを通して内部空間103に伝達され、火炉壁102の内壁面102aや伝熱管の外面に作用し、付着したダストが吹き飛ばされて除去される。このとき、起爆管22で発生した爆轟による衝撃波Sは、拡径する拡大管23Abを通して火炉101の内部空間103に伝達されることから、爆風と共に噴出する超音速流れを適切な面積比で膨張させることで、爆風や噴流を効率良く内部空間103に導入することができる。ダスト除去装置により火炉壁102の内壁面102aや伝熱管の外面に付着したダストが除去されると、ダスト除去装置の作動を停止する。
<Operation of shock wave generator>
In the
上述したダスト除去装置によるダストの除去時、起爆管22や燃焼器23Aの内部に充てんされた可燃性ガスMが自着火する可能性がある。そのため、ダスト除去装置の作動時に、噴出部15を作動させる。すなわち、開閉弁88を開放し、不燃性ガスNをガス供給源87からガス供給ライン86を通してガス空間部84に供給する。すると、ガス空間部84の充てんされた不燃性ガスNは、ガス流動部82を燃焼器23Aの他端部側に流れ、複数の噴出孔15aから拡大管23Abの中心部側に向けて噴出される。
When the dust removal device described above removes dust, there is a possibility that the combustible gas M filled in the
このとき、噴出部15は、複数の噴出孔15aから燃焼器23Aの中心部側に向けて不燃性ガスNを噴出することで、拡大管23Abの内部と火炉101の内部空間103との間にエアカーテンを形成する。不燃性ガスNのエアカーテンは、拡大管23Abの内部と内部空間103とを仕切ることから、内部空間103を、例えば、上昇する排ガスEが拡大管23Abを通して燃焼器23Aの内部に浸入することが抑制される。そのため、高温の排ガスEの接触による起爆管22に充てんされた可燃性ガスMの自着火が抑制される。
At this time, the
但し、内部空間103を上昇する排ガスEの流速や偏流などにより、排ガスEの一部が不燃性ガスNのエアカーテンをすり抜け、拡大管23Ab内に浸入するおそれがある。このとき、拡大管23Abは、起爆管22側に比べて火炉壁102側の内径(面積)が大きいことから、内部空間103から拡大管23Ab内に浸入した排ガスEは、拡大管23Ab内で、図5にて反時計回り方向に旋回する2次流れN1になる。そのため、拡大管23Ab内に侵入した排ガスEは、2次流れN1となって拡大管23Ab内を旋回して滞留し、起爆管22側へ流れにくくなり、起爆管22に充てんされた可燃性ガスMの自着火が抑制される。
However, due to the flow rate and uneven flow of the exhaust gas E rising in the
また、拡大管23Ab内に侵入した排ガスEの一部が起爆管22に充てんされた可燃性ガスMに接触しても、排ガスEは、拡大管23Abを流れる間に温度が低下する。すなわち、起爆管22の可燃性ガスMは、温度が低下した排ガスEが混合されて希釈され、自着火せずに濃度が低下する。そのため、可燃性ガスMと排ガスEが混合した混合ガスが燃焼器23Aを通して内部空間103に戻ったとしても、可燃性ガスMの自着火が抑制される。
Furthermore, even if part of the exhaust gas E that has entered the expansion tube 23Ab comes into contact with the combustible gas M filled in the
<衝撃波生成装置の制御>
図7は、衝撃波生成装置による衝撃波生成方法を表すフローチャートである。
<Control of shock wave generator>
FIG. 7 is a flowchart illustrating a shock wave generation method by the shock wave generation device.
図5および図6に示すように、ステップS10にて、制御装置14は、パージガス供給弁55を開放し、燃焼装置11へパージガスPを供給中である。このとき、燃焼装置11の内部温度を低下させるため、水を噴霧してもよい。そして、衝撃波を生成するとき、ステップS11にて、制御装置14は、パージガス供給弁55を閉止し、燃焼装置11へのパージガスPの供給を停止する。ステップS12にて、制御装置14は、燃料供給弁37を開放して燃料Fの供給を開始する。ステップS13にて、制御装置14は、酸化剤供給弁47を開放して酸化剤Aの供給を開始する。すると、燃料Fと酸化剤Aが混合された可燃性ガスMが燃焼装置11の起爆管22に供給される。
As shown in FIGS. 5 and 6, in step S10, the
ステップS14にて、制御装置14は、開閉弁88を開放して不燃性ガスNの供給を開始する。すると、不燃性ガスNは、複数の噴出孔15aから燃焼器23Aの中心部側に向けて噴出され、燃焼器23Aの内部と火炉101の内部空間103との間にエアカーテンを形成する。不燃性ガスNのエアカーテンは、燃焼器23Aの内部と内部空間103とを仕切り、排ガスEが燃焼器23Aの内部に浸入することを抑制する。
In step S14, the
ステップS15にて、制御装置14は、燃料Fおよび酸化剤Aの供給、つまり、可燃性ガスMの燃焼装置11への供給開始から、予め設定された所定の充てん時間Taが経過したか否かを判定する。充てん時間Taは、燃焼装置11への可燃性ガスMの充てん量に応じて設定される。ここで、制御装置14は、充てん時間Taが経過していないと判定(No)すると、このまま待機する。一方、制御装置14は、充てん時間Taが経過したと判定(Yes)すると、ステップS16にて、制御装置14は、燃料供給弁37を閉止して燃料Fの供給を停止する。そして、ステップS17にて、制御装置14は、酸化剤供給弁47を閉止して酸化剤Aの供給を停止する。
In step S15, the
ステップS18にて、制御装置14は、燃料Fおよび酸化剤Aの供給停止、つまり、可燃性ガスMの燃焼装置11への供給停止から、予め設定された所定の点火待ち時間Tbが経過したか否かを判定する。点火待ち時間Tbは、例えば、燃料供給弁37と酸化剤供給弁47が完全に閉止するまでの作動時間を考慮して設定される。ここで、制御装置14は、点火待ち時間Tbが経過していないと判定(No)すると、このまま待機する。一方、制御装置14は、点火待ち時間Tbが経過したと判定(Yes)すると、ステップS19にて、制御装置14は、点火装置13を作動し、起爆管22に充填された可燃性ガスMに点火する。すると、ステップ20にて、起爆管22の第1通路24に滞留する可燃性ガスMに着火され、火炎Cが基端22aから先端22bに広がるように燃焼する。そして、起爆管22の火炎Cが燃焼器23Aに到達すると、火炎Cが基端23aから第2通路25を通って先端23bに広がるように燃焼し、爆轟による衝撃波Sが発生する。
In step S18, the
衝撃波Sが発生すると、火炎Cが消滅したことから、ステップS21にて、制御装置14は、開閉弁88を閉止して不燃性ガスNの供給を停止し、不燃性ガスNのエアカーテンを解除する。そして、ステップS22にて、制御装置14は、パージガス供給弁55を開放し、燃焼装置11へパージガスPを供給する。
When the shock wave S is generated, the flame C is extinguished, so in step S21, the
<衝撃波生成装置の作動>
図8は、衝撃波生成装置による衝撃波生成方法を表すタイムチャートである。
<Operation of shock wave generator>
FIG. 8 is a time chart showing a shock wave generation method by the shock wave generation device.
時間t11にて、燃焼装置11へのパージガスPの供給を停止し、燃焼装置11への燃料Fの供給を開始すると共に、燃焼装置11への酸化剤Aの供給を開始する。すると、燃料Fと酸化剤Aが混合された可燃性ガスMが燃焼装置11の起爆管22に供給される。また、不燃性ガスNの供給を開始し、燃焼器23Aの内部と火炉101の内部空間103との間にエアカーテンを形成する。この状態で、燃焼装置11の内部に所定量の可燃性ガスMが充填される。
At time t11, the supply of purge gas P to the
時間t12にて、可燃性ガスMの供給開始から所定の充てん時間Taが経過すると、燃焼装置11への燃料Fの供給を停止すると共に、燃焼装置11への酸化剤Aの供給を停止する。そして、時間t13にて、所定の点火待ち時間Tbが経過すると、点火装置13が起爆管22に充填された可燃性ガスMに点火する。すると、可燃性ガスMが着火され、火炎Cが広がり、爆轟による衝撃波Sが発生する。衝撃波Sが発生すると、時間t14にて、不燃性ガスNのエアカーテンを解除し、燃焼装置11へパージガスPを供給する。
At time t12, when a predetermined filling time Ta has elapsed since the start of supply of combustible gas M, the supply of fuel F to the
[本実施形態の作用効果]
第1の態様に係る衝撃波生成装置は、基端から先端に向けて燃焼ガスが流れるガス通路21が設けられて先端に開口部が設けられる燃焼装置11と、燃料を供給する燃料供給経路32と、酸化剤を供給する酸化剤供給経路42と、燃料と酸化剤が混合された可燃性ガスMを燃焼装置11に供給する可燃性ガス供給経路52と、燃料供給経路32を流れる燃料の流量を調整する燃料流量調整装置と、酸化剤供給経路42を流れる酸化剤の流量を調整する酸化剤流量調整装置と、燃焼装置11に供給された可燃性ガスMに点火する点火装置13と、燃焼装置11に供給される可燃性ガスMの供給状態に応じて燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置を制御する制御装置14とを備える。
[Actions and effects of this embodiment]
The shock wave generation device according to the first aspect includes a
第1の態様に係る衝撃波生成装置によれば、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置により、可燃性ガス供給装置12が燃焼装置11に可燃性ガスMを供給するときの瞬時流量を調整することができ、燃焼装置11への可燃性ガスMの供給時、燃料Fと酸化剤Aの混合比を高精度に一定に維持することができ、安定した強度で爆轟による衝撃波を生成することができる。また、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置により、可燃性ガスMの瞬時流量を調整することで、衝撃波の用途に応じた量の可燃性ガスMを供給することができ、燃料Fや酸化剤Aの使用量を抑制し、ランニングコストを下げることができる。その結果、燃焼装置11に供給する可燃性ガスMの供給量制御の高精度化を図ることができる。
According to the shock wave generation device according to the first aspect, the instantaneous flow rate when the combustible
第2の態様に係る衝撃波生成装置は、第1の態様に係る衝撃波生成装置であって、さらに、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置は、マスフローコントローラ35,45を有する。これにより、燃焼装置11への可燃性ガスMの供給中であっても、燃料Fと酸化剤Aの混合比を調整することができ、燃焼装置11における可燃性ガスMの充てん状態に応じて混合比を適正に調整することができる。
The shock wave generation device according to the second aspect is the shock wave generation device according to the first aspect, and further, the fuel flow rate adjustment device and the oxidant flow rate adjustment device include
第3の態様に係る衝撃波生成装置は、第1の態様に係る衝撃波生成装置であって、さらに、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置は、ソニックノズル61,71またはオリフィスを有する。これにより、電子的な制御に依存することなく、ロバストに瞬時流量を一定に制御することができる。
The shock wave generation device according to the third aspect is the shock wave generation device according to the first aspect, and further, the fuel flow rate adjustment device and the oxidant flow rate adjustment device have
第4の態様に係る衝撃波生成装置は、第1の態様から第3の態様のいずれか一つに係る衝撃波生成装置であって、さらに、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置は、燃料供給経路32および酸化剤供給経路42にそれぞれ設けられる並列をなす複数の燃料分岐経路62,63および複数の酸化剤分岐経路72,73と、複数の燃料分岐経路62,63および複数の酸化剤分岐経路72,73にそれぞれ設けられるソニックノズル64,65,74,75と、複数の燃料分岐経路62,63および複数の酸化剤分岐経路72,73にそれぞれ設けられる開閉弁66,67,77,78とを有する。これにより、簡単な構成で、燃焼装置11への可燃性ガスMの供給中であっても、燃料Fと酸化剤Aの混合比を容易に調整することができる。
The shock wave generation device according to a fourth aspect is the shock wave generation device according to any one of the first to third aspects, and further, the fuel flow rate adjustment device and the oxidizer flow rate adjustment device A plurality of parallel
第5の態様に係る衝撃波生成装置は、第1の態様から第4の態様のいずれか1つに係る衝撃波生成装置であって、さらに、制御装置14は、少なくとも燃焼装置11に対する可燃性ガスMの充てん時間の終期に可燃性ガスの混合比が量論混合比に近づくように、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置を制御する。これにより、点火装置13は、燃焼装置11に充填された可燃性ガスMに点火することで、適切に着火させて燃焼し、火炎Cを生成することができる。
The shock wave generation device according to the fifth aspect is the shock wave generation device according to any one of the first to fourth aspects, and further, the
第6の態様に係る衝撃波生成装置は、第4の態様または第5の態様に係る衝撃波生成装置であって、さらに、制御装置14は、燃焼装置11に対する可燃性ガスMの充てん時間の初期に可燃性ガスMの混合比が燃料過剰になるように、燃料流量調整装置および酸化剤流量調整装置を制御する。これにより、燃焼装置11の内部に空気が残留していたとしても、供給初期に燃料過剰になる可燃性ガスMの混合比とすることで、最終的に、燃焼装置11の内部の可燃性ガスMの混合比を適切な値に調整することができる。
The shock wave generation device according to the sixth aspect is the shock wave generation device according to the fourth aspect or the fifth aspect, and further, the
第7の態様に係る衝撃波生成装置は、第1の態様から第6の態様のいずれか一つ係る衝撃波生成装置であって、さらに、燃焼装置11の外周部から中心部側に向けて不燃性ガスNを噴出する噴出部15を有する。これにより、燃焼装置11の内部と内部空間103とが不燃性ガスNのエアカーテンによりを仕切られることから、燃焼装置11の内部への排ガスEの浸入を抑制し、排ガスEによる燃焼装置11に充てんされた可燃性ガスMの自着火を抑制することができる。その結果、大型のバルブなどを不要として、部品コストやメンテナンスコストの増加を抑制することができる。また、燃焼装置11と内部空間103とを仕切る不燃性ガスNのエアカーテンは、燃焼装置11に噴出部15を設けるだけでよく、高温環境下に配置されても作動不良が発生するおそれがなく、可燃性ガスMの自着火を適切に抑制することができる。
The shock wave generation device according to the seventh aspect is the shock wave generation device according to any one of the first to sixth aspects, and further includes a shock wave generation device that is nonflammable from the outer periphery toward the center of the
第8の態様に係る衝撃波生成装置は、第7の態様に係る衝撃波生成装置であって、さらに、噴出部15は、燃焼装置11に可燃性ガスMを供給すると同時に不燃性ガスNを噴出し、燃焼装置11に供給された可燃性ガスMに点火した後、不燃性ガスNの噴出を停止する。これにより、不燃性ガスNのエアカーテンを適切なタイミングで形成することができる。
The shock wave generation device according to the eighth aspect is the shock wave generation device according to the seventh aspect, and further, the jetting
なお、上述した実施形態では、衝撃波生成装置を、ごみ焼却炉、石炭ガス化複合発電設備、発電用ボイラなどの火炉の内壁面や伝熱管の外面などに付着するダストを除去するダスト除去装置に適用したが、適用先はこれらに限定されるものではない。衝撃波生成装置は、例えば、衝撃波を燃焼装置の開口部から放射してその反力を受けて推力とする推進機関やタービンを回す動力機関、衝撃波を燃焼器の開口部から放射して開口部近くに配置した物体に対して衝撃波の高圧を利用して物理的な作用を及ぼす(構造物の破壊、材料の分離など)装置、燃焼装置の内部に配置した物体に対して衝撃波の高圧を利用して物理的な作用を及ぼす(構造物の破壊、材料の分離など)装置などに適用可能である。 In the embodiments described above, the shock wave generation device is used as a dust removal device that removes dust adhering to the inner wall surface of a furnace, the outer surface of a heat exchanger tube, etc. of a furnace such as a garbage incinerator, coal gasification combined cycle power generation facility, and power generation boiler. However, the scope of application is not limited to these. Shock wave generators include, for example, propulsion engines that emit shock waves from the opening of a combustor and generate thrust by receiving the reaction force, power engines that turn turbines, emit shock waves from the opening of a combustor, and generate thrust near the opening. A device that uses the high pressure of shock waves to exert physical action on objects placed inside a combustion device (destruction of structures, separation of materials, etc.), and a device that uses high pressure of shock waves to act on objects placed inside a combustion device. It can be applied to devices that exert physical action (destruction of structures, separation of materials, etc.).
10,10A,10B,10C 衝撃波生成装置
11 燃焼装置
12,12A,12B 可燃性ガス供給装置
13 点火装置
14 制御装置
15 噴出部
15a 噴出孔
21 ガス通路
22 起爆管
23,23A 燃焼器
24 第1通路
25 第2通路
26 混合促進器
31,31A,31B 燃料供給部
32 燃料供給経路
33 燃料ボンベ
34 減圧弁
35 マスフローコントローラ(燃料流量調整装置)
36 安全器
37 燃料供給弁
38 逆止弁
41,41A,41B 酸化剤供給部
42 酸化剤供給経路
43 酸化剤ボンベ
44 減圧弁
45 マスフローコントローラ(酸化剤流量調整装置)
46 安全器
47 酸化剤供給弁
48 逆止弁
51 クロス継手
52 可燃性ガス供給経路
53 パージガス経路
54 送風機
55 パージガス供給弁
61 ソニックノズル(燃料流量調整装置)
61B ソニックノズル装置(燃料流量調整装置)
62 第1燃料分岐経路
63 第2燃料分岐経路
64 第1ソニックノズル
65 第2ソニックノズル
66 第1開閉弁
67 第2開閉弁
71 ソニックノズル(酸化剤流量調整装置)
71B ソニックノズル装置(酸化剤流量調整装置)
72 第1酸化剤分岐経路
73 第2酸化剤分岐経路
74 第1ソニックノズル
75 第2ソニックノズル
76 第1開閉弁
77 第2開閉弁
81 外筒管
82 ガス流動部
83 ヘッダ
84 ガス空間部
85 ポート
86 ガス供給ライン
87 ガス供給源
88 開閉弁
101 火炉
102 火炉壁
103 内部空間(対象領域)
F 燃料
A 酸化剤
M 可燃性ガス
P パージガス
C 火炎
S 衝撃波
N 不燃性ガス
E 排ガス
N1 2次流れ
10, 10A, 10B, 10C Shock
36
46
61B Sonic nozzle device (fuel flow rate adjustment device)
62 First
71B Sonic nozzle device (oxidizer flow rate adjustment device)
72 First
F Fuel A Oxidizer M Flammable gas P Purge gas C Flame S Shock wave N Non-flammable gas E Exhaust gas N1 Secondary flow
Claims (8)
燃料を供給する燃料供給経路と、
酸化剤を供給する酸化剤供給経路と、
前記燃料と前記酸化剤が混合された可燃性ガスを前記燃焼装置に供給する可燃性ガス供給経路と、
前記燃料供給経路を流れる前記燃料の流量を調整する燃料流量調整装置と、
前記酸化剤供給経路を流れる前記酸化剤の流量を調整する酸化剤流量調整装置と、
前記燃焼装置に供給された前記可燃性ガスに点火する点火装置と、
前記燃焼装置に供給される前記可燃性ガスの供給状態に応じて前記燃料流量調整装置および前記酸化剤流量調整装置を制御する制御装置と、
を備える衝撃波生成装置。 A combustion device in which a gas passage through which combustion gas flows from a base end to a distal end is provided, and an opening is provided at the distal end;
a fuel supply route for supplying fuel;
an oxidizing agent supply route that supplies the oxidizing agent;
a combustible gas supply path that supplies a combustible gas in which the fuel and the oxidizer are mixed to the combustion device;
a fuel flow rate adjustment device that adjusts the flow rate of the fuel flowing through the fuel supply path;
an oxidizing agent flow rate adjustment device that adjusts the flow rate of the oxidizing agent flowing through the oxidizing agent supply path;
an ignition device that ignites the combustible gas supplied to the combustion device;
a control device that controls the fuel flow rate adjustment device and the oxidizer flow rate adjustment device according to the supply state of the combustible gas supplied to the combustion device;
A shock wave generation device comprising:
請求項1に記載の衝撃波生成装置。 The fuel flow rate adjustment device and the oxidant flow rate adjustment device include a mass flow controller,
The shock wave generating device according to claim 1.
請求項1に記載の衝撃波生成装置。 The fuel flow rate adjustment device and the oxidant flow rate adjustment device have an orifice or a sonic nozzle,
The shock wave generating device according to claim 1.
請求項3に記載の衝撃波生成装置。 The fuel flow rate adjustment device and the oxidizer flow rate adjustment device include a plurality of parallel fuel branch paths and a plurality of oxidizer branch paths provided in the fuel supply path and the oxidizer supply path, respectively, and a plurality of fuel branch paths. The orifice or the sonic nozzle is provided in each of the fuel branch paths and the plurality of oxidant branch paths, and the on-off valve is provided in each of the plurality of fuel branch paths and the plurality of oxidant branch paths.
The shock wave generating device according to claim 3.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の衝撃波生成装置。 The control device controls the fuel flow rate adjustment device and the oxidizer flow rate adjustment device so that the mixture ratio of the combustible gas approaches the stoichiometric mixture ratio at least at the end of the filling time of the combustible gas into the combustion device. Control,
The shock wave generation device according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の衝撃波生成装置。 The control device controls the fuel flow rate adjustment device and the oxidizer flow rate adjustment device so that the mixture ratio of the combustible gas becomes excess fuel at the beginning of the time when the combustion device is filled with the combustible gas.
The shock wave generating device according to claim 5.
請求項1に記載の衝撃波生成装置。 having an ejection part that ejects nonflammable gas from the outer periphery of the combustion device toward the center;
The shock wave generating device according to claim 1.
請求項7に記載の衝撃波生成装置。 The ejection part ejects the non-flammable gas at the same time as supplying the flammable gas to the combustion device, and stops ejecting the non-flammable gas after igniting the combustible gas supplied to the combustion device.
The shock wave generating device according to claim 7.
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