JP2565988B2 - 連結式パルス燃焼装置 - Google Patents

連結式パルス燃焼装置

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JP2565988B2 JP63188224A JP18822488A JP2565988B2 JP 2565988 B2 JP2565988 B2 JP 2565988B2 JP 63188224 A JP63188224 A JP 63188224A JP 18822488 A JP18822488 A JP 18822488A JP 2565988 B2 JP2565988 B2 JP 2565988B2
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/02Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in parallel arrangement

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は,同一形状に形成された一対のパルスバーナ
を並列に連結してなる連結式パルス燃焼装置に関する。
(従来の技術) 周知のように,パルスバーナは,一般的なバーナに比
べて本質的に,燃焼負荷を10倍程度上げることができる
こと,高い熱効率が得られること,排ガス中の有害成分
を少なくできることなどの多くの利点を備えている。
パルスバーナは,通常,燃焼室と,この燃焼室内に燃
料と空気とを供給する燃料供給路および空気供給路と,
燃焼室の排気口に接続された尾管と,空気供給路に挿設
されて順方向の流量係数が逆方向の流量係数より大きい
流量制御弁と,燃焼室内に供給された混合ガスに点火す
るための点火系統とで構成されている。燃焼室内の混合
ガスに点火すると,混合ガスが爆発的に燃焼する。この
結果,燃焼室内の圧力が高まり,流量制御弁が自動的に
閉じるとともに燃焼ガスが高速で排気口から排気され
る。この排気が行われると,燃焼室内の圧力が負圧とな
る。この結果,空気と燃料との混合ガスが再び燃焼室内
に流れ込む。そして,一定量流れ込むと,残り火によっ
て引火され,再び爆発的な燃焼が行われる。以後,上述
した燃焼が繰返される。したがって,パルスバーナでの
燃焼形態は間欠的な爆発燃焼となる。このため,パルス
バーナは,騒音が大きい。
このような問題を解決するために,同一形状に形成さ
れた一対のパルスバーナを並列に連結させた連結式パル
ス燃焼装置が考えられている。この連結式パルス燃焼装
置は,両パルスバーナの圧力変動を干渉させることによ
って,一方のパルスバーナの混合ガスの吸入〜爆発燃焼
〜排気からなる行程と,他方のパルスバーナの混合ガス
の吸入〜爆発燃焼〜排気からなる行程との位相を180度
異ならせ,両者の圧力変動を相殺して騒音を低下させる
ようにしている。
しかしながら,このような連結式パルス燃焼装置にあ
っても次のような問題があった。すなわち,点火時に
は,通常,両燃焼室内に残っているガスをパージした
後,両イグナイタを動作させ,この状態で燃料を両燃料
供給管を通して両燃焼室内に供給して着火させる方式を
採用している。しかし,このような着火を行なわせる
と,初期において,両パルスバーナの着火を数ミリ秒の
オーダでコントロールすることができないため,両パル
スバーナの行程位相が必ずしも180度ずれるとは限らな
い。このため,安定した逆位相の燃焼行程に到達するま
でに長時間を要したり,あるいはまた非常に低周期の激
しい爆発が交互に発生し,安定した動作が全く得られな
いこともあった。
(発明が解決しようとする課題) 上述の如く,従来の連結式パルス燃焼装置にあって
は,燃焼動作開始時の着火タイミングによっては,安定
した逆位相燃焼状態に到達するまでに長時間を要した
り,あるいはまた安定した燃焼に移行させることができ
ない問題があった。
そこで本発明は,2つのパルスバーナを短時間に,かつ
スムーズに安定した逆位相燃焼状態に移行させることが
できる連結式パルス燃焼装置を提供することを目的とし
ている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために,本発明に係る連結式パル
ス燃焼装置では,同一形状に形成された一対のパルスバ
ーナと,これらパルスバーナの尾管の下流側を共通に連
結する排気デカップラと,前記各パルスバーナの空気供
給路にそれぞれ挿設されて順方向の流量係数が逆方向の
流量係数より大きい流量制御弁と,前記各パルスバーナ
の空気供給路の前記流量制御弁より上流側を共通に連結
する給気デカップラとを備えたものにおいて,給気デカ
ップラ内に,上記給気デカップラ内を一方のパルスバー
ナの空気供給路に通じる部分と他方のパルスバーナの空
気供給路に通じる部分とに選択的に分割する分割バルブ
を設け,さらに着火時に給気デカップラ内を分割バルブ
で分割させた状態で各パルスバーナを独立に動作開始さ
せた後に上記分割バルブによる分割状態を解除させる手
段を設けている。
(作 用) 給気デカップラ内が分割バルブによって分割された状
態で着火が行われる。したがって,各パルスバーナは,
着火時には完全に独立してパルス燃焼動作を行ない,互
いにほとんど干渉しない。着火後,一定時間経過する
と,分割バルブでの分割状態が徐々に解除され,これに
伴って両パルスバーナが給気デカップラを介して干渉を
強めていく。この結果,両パルスバーナは,短時間に確
実に,かつスムーズに逆位相燃焼状態へと移行する。
(実施例) 以下,図面を参照しながら実施例を説明する。第1図
には本発明を適用した連結式パルス燃焼装置の主要部10
が開示されている。この主要部10は,給気デカップラ12
と,排気デカップラ14と,同一構成,同一寸法に形成さ
れて給気デカップラ12と排気デカップラ14との間に並列
状態に接続されたパルスバーナ16a,16bと,これらパル
スバーナ16a,16bに燃料ガスを供給する燃料供給系統18
とで構成されている。
パルスバーナ16a,16bは,それぞれ一端側が閉塞壁20
によって閉塞され,他端側に排気口22を有した有底筒状
の燃焼筒24a,24bを備えている。燃焼筒24a,24bの排気口
22は,それぞれ尾管26a,26bを介して排気デカップラ14
に共通に接続されている。燃焼筒24a,24bの周壁で閉塞
壁20に近い位置には,第2図に示すように,空気供給口
28a,28bが形成されている。空気供給口28a,28bには,そ
れぞれ空気供給管30a,30bの一端側が接続されている。
空気供給管30a,30bの他端側は,給気デカップラ12に共
通に接続されている。なお,空気供給管30a,30bは,そ
の軸心線が燃焼筒24a,24bの軸心線に対して段違い状態
で直交するように空気供給口28a,28bに接続されてい
る。
空気供給管30a,30b内の途中位置には,順方向の流量
係数が逆方向の流量係数よりも大きい流量制御弁32a,32
bがそれぞれ挿設されている。これら流量制御弁32a,32b
は,給気デカップラ12側から燃焼筒24a,24bに近付くに
したがって開口面積が徐々に縮小するノズル状に形成さ
れている。すなわち,流量制御弁32a,32bは,給気デカ
ップラ12側から燃焼筒24a,24b側に向かう流れに対して
は通流抵抗が小さく,これとは逆の流れに対しては通流
抵抗が大きくなるように形成されている。
空気供給管30a,30bの周壁で,流量制御弁32a,32bが位
置している部分と空気供給口28a,28bが位置している部
分との間に位置する部分には燃料噴射口(図示せず。)
がそれぞれ形成されている。そして,これら燃料噴射口
にはそれぞれ燃料供給管40a,40bの一端側が接続されて
いる。これら燃料供給管40a,40bは,第1図に示すよう
に電磁バルブによって構成された燃料供給弁42を共通に
介して図示しない燃料ガス供給源に接続されている。
前記燃焼筒24a,24bの周壁には,第2図に示すよう
に,放電ギャップ部を燃焼筒24a,24b内に位置させたイ
グナイタ44a,44bがそれぞれ装着されている。
一方,第2図に示すように,前記給気デカップラ12内
で空気供給管30a,30bが接続されている位置の中間位置
には,この位置において給気デカップラ12内を空気供給
管30aに通じる空間46と,空気供給管30bに通じる空間48
とに選択的に分割する分割バルブ50が装着されている。
この分割バルブ50は,円板状に形成され,軸心線52を中
心にして回動自在に装着された分割壁板54と,この分割
壁板54に給気デカップラ12外から回動力を与えるモータ
等で構成された駆動装置56とで構成されている。なお,
第1図および第2図において,58,60は空間46,48に給気
するためのファンを示している。
そして,ファン58,60,駆動装置56,燃料供給弁42,イグ
ナイタ44a,44bは,制御装置62によって後述する関係に
制御される。
次に,上記のように構成された連結式パルス燃焼装置
の動作を第3図から第5図を適宜参照しながら説明す
る。
まず,給気デカップラ12内が分割バルブ50の分割壁板
54によって空間46と空間48とに完全に分割されているも
のとする。この状態で,今,第4図に示す時点T0におい
て制御装置62にスタート指令S1を与えたものとする。ス
タート指令S1が与えられると,制御装置62はファン58,6
0を駆動開始させる。この駆動開始によって,燃焼筒24
a,24b内に残っているガスがパージされる。そして,時
点T0からある一定期間t1経過すると,制御装置62はイグ
ナイタ44a,44bを動作状態にする。上記時点から期間t2
経過した時点で制御装置62は,燃料供給弁42を開に制御
する。このように,燃料供給弁42が開に制御されると,
燃料ガスが各空気供給管30a,30b内に噴出し,結局,各
燃焼筒24a,24b内に混合気が流れ込む。各イグナイタ44
a,44bはすでに動作状態にあるので,混合気に着火さ
れ,燃焼筒24a,24b内でパルス燃焼が開始される。この
とき,分割バルブ50は閉じているので,パルスバーナ16
a,16bは独立したパルス燃焼動作を開始する。なお,パ
ルスバーナ16a,16bは,排気デカップラ14を介して通じ
ているので若干干渉するが,その干渉は非常に弱く,ほ
とんど独立したパルス燃焼動作を開始する。
燃料供給弁42が開き,各燃焼筒24a,24b内で独立した
パルス燃焼が開始された時点から一定期間t3経過する
と,制御装置62は分割バルブ50の駆動装置56に駆動開始
指令を与える。この結果,分割バルブ50は徐々に開き始
める。このとき分割バルブ50は,第5図に示すように,
開き始めは開度変化の勾配が非常に緩やかで,徐々に勾
配が急になるような高次の関数または指数関数的に開度
が変化するように制御される。分割バルブ50が開くと,
開き始めは開度が小さいために両パルスバーナ16a,16b
間での干渉は弱く,たとえ同位相燃焼状態であっても停
止するようなことはない。そして,分割バルブ50の開度
が徐々に大きくなるにつれて,両パルスバーナ16a,16b
間での給気デカップラ12を介しての干渉が大きくなり,
この結果,両パルスバーナ16a,16bは安定した状態であ
る逆位相燃焼状態へと徐々に移行する。分割バルブ50の
開度がさらに大きくなると,両パルスバーナ16a,16bの
燃焼状態は完全な逆位相状態となる。駆動装置56が駆動
開始した時点から一定期間t4経過すると,分割バルブ50
は開度100%に達する。この時点で駆動装置56への指令
が停止され,分割バルブ50がその状態に保持される。そ
して,僅かに経過した時点でイグナイタ44a,44bの動作
も停止制御される。この状態では,両パルスバーナ16a,
16bは完全な逆位相の燃焼動作を行なっており,以後,
定常燃焼状態へと移行する。
なお,定常燃焼状態を停止させるときには制御装置62
に停止指令S2を与えればよい。このようにすると,第6
図に示すように,燃焼供給弁42が閉じ,続いて一定時間
経過後にファン58,60の動作が停止し,次に,分割バル
ブ50の駆動装置56が閉じる方向へ駆動される。そして,
分割バルブ50が閉じた時点で全ての動作を終了する。こ
れらの制御も制御装置62によって行われる。
このように,給気デカップラ12内に,給気デカップラ
12内を一方のパルスバーナ16aの空気供給管30aに通じる
空間46と他方のパルスバーナ16bの空気供給管30bに通じ
る空間48とに選択的に分割する分割バルブ50を設け,さ
らに着火時に給気デカップラ12内を分割バルブ50で分割
させた状態で各パルスバーナ16a,16bを独立に動作開始
させた後に分割バルブ50による分割状態を徐々に解除さ
せる制御を行なう制御装置62を設けている。したがっ
て,分割バルブ50の開きに伴わせて,両パルスバーナ16
a,16b間での干渉を徐々に増加させることができるの
で,短時間に,スムーズに逆位相燃焼状態へと移行させ
ることができる。
なお,本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。たとえば,第7図に示すように,燃焼筒24a内と
燃焼筒24b内とを通じさせる細い干渉管72を設けるとと
もに干渉管72の途中にバルブ74を介在させ,分割バルブ
50の開動作に連動させて制御装置62aでバルブ74を開に
制御するようにしてもよい。なお,分割バルブ50の開度
が100%に達した時点でバルブ74を閉に制御する。この
ように,干渉管72とバルブ74とを設け,これらを上記関
係に制御すると,分割バルブ50の開き始めにおける微妙
なコントロールの必要性をなくすことができ,制御性を
向上させることができる。また,分割バルブ50の開制御
における制御形態は,指数関数的に限らず,第5図中破
線で示すような形態でもよい。
[発明の効果] 以上述べた如く,本発明に係る連結式パルス燃焼装置
では,両パルスバーナを短時間に確実に,しかもスムー
ズに逆位相燃焼状態へと移行させることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は一実施例に係る連結式パルス燃焼装置を一部切
欠して示す側面図,第2図は同燃焼装置を第1図におけ
るX−X線に沿って見た一部切欠下面図,第3図から第
5図は同燃焼装置の燃焼開始時における動作を説明する
ための図,第6図は同燃焼装置の停止時の動作説明図,
第7図は別の実施例に係る連結式パルス燃焼装置の一部
切欠側面図である。 10……主要部,12……給気デカップラ,14……排気デカッ
プラ,16a,16b……パルスバーナ,18……燃料供給系統,22
……排気口,24a,24b……燃焼筒,28a,28b……空気供給
口,30a,30b……空気供給管,32a,32b……流量制御弁,40
a,40b……燃料供給管,42……燃料供給弁,44a,44b……イ
グナイタ,46,48……空間,50……分割バルブ,56……駆動
装置,58,60……ファン,62,62a……制御装置。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一形状に形成された一対のパルスバーナ
    と,これらパルスバーナの尾管の下流側を共通に連結す
    る排気デカップラと,前記各パルスバーナの空気供給路
    にそれぞれ挿設されて順方向の流量係数が逆方向の流量
    係数より大きい流量制御弁と,前記各パルスバーナの空
    気供給路の前記流量制御弁より上流側を共通に連結する
    給気デカップラとを備えた連結式パルス燃焼装置におい
    て,前記給気デカップラ内に配置され,上記給気デカッ
    プラ内を一方のパルスバーナの空気供給路に通じる部分
    と他方のパルスバーナの空気供給路に通じる部分とに選
    択的に分割する分割バルブと,着火時に前記給気デカッ
    プラ内を分割バルブで分割させた状態で各パルスバーナ
    を独立に動作開始させた後に上記分割バルブによる分割
    状態を解除させる手段とを具備してなることを特徴とす
    る連結式パルス燃焼装置。
  2. 【請求項2】前記分割バルブによる分割状態の解除動作
    時に,前記一対のパルスバーナの燃焼室内を直接的に干
    渉させる干渉管を備えてなることを特徴とする請求項1
    に記載の連結式パルス燃焼装置。
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