JP2726487B2 - パルスバーナ - Google Patents

パルスバーナ

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

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、製造の容易化を図れ、かつ尾管側の伝熱特
性を向上させることができるパルスバーナに関する。
(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、燃焼負荷を高め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。
ところで、パルスバーナは通常、第13図のように構成
されている。すなわち、図中1は一端側が閉じられた燃
焼筒である。この燃焼筒1の開口部は、テーパ管状の絞
り部2を介して燃焼筒1より通過断面積が小さい尾管3
に接続されている。燃焼筒1内には空気と燃焼ガスとが
それぞれ空気供給管4、燃料供給管5を通して供給され
る。そして、空気供給管4および燃料供給管5には、空
気と燃料とを間欠的に供給するための一方向弁6、7が
設けられている。なお、図中8はスタート時に混合気に
着火するためのイグナイタを示している。
このように構成されたパルスバーナは、燃焼筒1内で
間欠的な爆発燃焼を繰返す。すなわち、燃焼筒1の下流
に接続された通過断面積の小さい尾管3は、燃焼筒1と
でヘルムホルツの振動系を構成している。つまり、質
点、バネ系の振動系で説明すると、質点に相当するもの
が、尾管3内の気体であり、バネに相当するものが燃焼
筒1内の気体であり、振動の駆動源が燃焼筒1室内で間
欠的に繰返される爆発燃焼である。
上記構造のパルスバーナは、燃焼筒1内において爆発
燃焼が間欠的に繰り返されるので、騒音が大きい。そこ
で、第14図に示すように、同一構成の2個のパルスバー
ナ21a,21bを吸気チャンバ22、排気チャンバ23を介して
並列に連結した二連構成としたものもある。これは、相
互を干渉させることにより、2つのパルスバーナ21a,21
bを逆位相で運転し、圧力変動を排気チャンバ23内でキ
ャンセルさせることによって低騒音化を実現している。
なお、第14図中、24は送風ファンを示している。
しかしながら、上記のように構成されたパルスバーナ
であっては次のような問題があった。すなわち、従来の
パルスバーナにおいては、前述したヘルムホルツの振動
系を構成するために燃焼筒1の断面積と尾管3の断面積
とを異ならせ、かつこれらの間でのガスの流れをスムー
ズにするために燃焼筒1と尾管2をテーパ管状の絞り部
2で接続するようにしている。このような絞り部2が存
在していると、製造上大きなコストアップにつながる。
たとえば、アルミ押出壁を使って構成しようとすると、
燃焼筒用と尾管用との2種類の押出しの型を用意する必
要がある。通常、押出し型は、製造コストが高く、これ
が全体のコストアップの大きな要因になる。また絞り部
2は高温となるため、耐熱性の高いステンレス材を用い
る必要があり、さらにフランジ等による接続法を採用す
る必要性が生じてくる。
一方、性能面では、尾管3内の伝熱面積を大きくとれ
ないため、2次熱交換器を設ける場合が多い。この2次
熱交換器の存在は、大型化,コストアップの要因にな
る。さらに、燃焼筒1内では、壁が低温の場合に水蒸気
が凝縮する。このため、燃焼筒1を水平にして置かなけ
ればならない場合には、凝縮水の除去が大きな問題とな
っていた。
(発明が解決しようとする課題) 上述のごとく、従来のパルスバーナでは、燃焼筒と尾
管の形状が異なるため、製造コストが高くなるばかり
か、尾管部での伝熱面積を大きくとれず、これが原因し
てシステムが大型化し、さらには燃焼筒内の凝縮水の処
理が難しいといった欠点があった。
そこで本発明は、製造コストを下げることができ、し
かも尾管部の伝熱面積を大きくでき、これによって全体
のコンパクト化を実現でき、そのうえ燃焼室内の凝縮水
を容易に除去できるパルスバーナ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、本発明に係るパルスバー
ナにおいては、燃焼筒と尾管を同一断面形状の一体管で
構成し、かつ一体管の尾管部分内に、この尾管部分の通
過断面積を縮小するための内筒を装着したものとなって
いる。
(作 用) 燃焼筒と尾管とは同一断面形状の一体管で構成されて
いるが、尾管部内には、この部分の断面積を縮小するよ
うに内筒が設けられている。したがって、全体としては
ヘルムホルツの振動系を構成している。このように構成
されたパルスバーナでは、バーナ壁を一体に形成できる
ので、製造時のコストを低くできる。また、同一通過断
面積でありながら伝熱面積を大きくとれることになる。
さらに、凝縮水も簡単に除去できる。
(実施例) 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。
第1図には本発明の一実施例に係る単筒式のパルスバ
ーナが示されている。
同図において、図中31は有底で、かつ軸方向各部の内
径がほぼ等しい一体管を示している。この一体管31内に
は、いわゆる底壁側に燃焼室32が形成され、その図中右
側に燃焼室32に通じる環状の尾管通路部33が形成されて
いる。すなわち、燃焼室32と尾管通路部33とは、一体管
31内に、この一体管31と同心的に設置された一体管31よ
り小径で、かつ両端の閉じられた内筒34によって構成さ
れている。したがって、一体管31は、燃焼室32を形成す
る部分が燃焼筒として機能し、また尾管通路部33を構成
する部分が尾管として機能している。尾管通路部33の通
過断面積は、その内部に設けられた内筒34の存在によっ
て燃焼室32の通過断面積より小さくなっている。したが
って、バーナ全体ではヘルムホルツの振動系を構成して
いることになる。
内筒34は、支持体35によって一体管31の内面に固定さ
れている。燃焼室32の上流側には、空気供給管36と燃料
供給管37とが通じている。そして、空気供給管36には空
気の一方向弁38が設置されている。同様に、燃料供給管
37にも燃料ガスの一方向弁39が設置されている。なお、
図中40はイグナイタを示している。
このように構成されたパルスバーナは、燃焼室32内で
間欠的な爆発燃焼を繰返す。この燃焼ガスは一体管31と
内筒34との間に形成された環状の尾管通路部33を往復運
動しながら排出される。
このように構成されたパルスバーナでは、燃焼筒と尾
管とが単なる筒状の一体管31で形成されており、従来の
ような絞り部が存在していない。したがって、たとえ
ば、アルミ押出し部材でバーナ壁を製作する場合、押出
し型が1つだけでよく、大幅なコスト削減が期待でき
る。また製造組立て時もその工程を削減できる。また、
尾管部の燃焼ガス側伝熱面積を従来のものに比べて大幅
に拡大できるとともに、内筒34からの輻射熱伝達が加わ
るので熱伝達率を向上させることができる。また、従来
は尾管部で回収しきれない熱を2次熱交換器を用いて回
収しているが、本構成のパルスバーナでは2次熱交換器
熱を不要化できたり、あるいは大幅に小さくすることが
可能となる。したがって、システム全体のコンパクト化
および低コスト化が可能となる。また、バーナを水平に
した場合でも、従来のような絞り部がないため、燃焼室
内32に凝縮水が溜ることなく、パルスバーナ特有の強い
排気力によって容易にバーナ外へ排出することができ
る。
第2図には本発明の別の実施例に係るパルスバーナに
おける尾管部の横断面が示されている。
このパルスバーナでは、内筒34が一体管31の内面に対
して軸方向に平行に挿入された複数個の伝熱フィン41を
介して取付けられている。このように構成されたパルス
バーナでは、尾管部の燃焼ガス伝熱面積をさらに拡大で
きるため、尾管部の長さの短縮化も可能となる。
第3図には本発明のさらに別の実施例に係るパルスバ
ーナの縦断面が示されている。この実施例では、螺旋状
のフィン42を用いて内筒34を一体管31の内面に固定して
いる。
このように構成すると、尾管部内の流れの乱流化が促
進され、熱伝達率を一層高めることができ、同じ伝熱面
積で、より有効に熱を伝達することができる。
第4図には本発明のさらに別の実施例に係るパルスバ
ーナの縦断面が示されている。この実施例では、内筒34
の燃焼室32側に位置する端部にテーパ部43を設け、燃焼
ガスの流れをよりスムーズにしている。
第5図には本発明のさらに別の実施例に係るパルスバ
ーナの縦断面が示されている。この実施例では、バーナ
の下流端に排気デカップラ44を形成するとともに内筒34
の下流端を解放し、さらに内筒34の軸方向長さをパルス
バーナの発振波長λの4分の1にしている。
このように構成されたパルスバーナにおいては、排気
デカップラ44の内部に内筒34による逆位相の圧力変動が
加わるため、その振幅が小さくなる。したがって、排気
デカップラ44より伝播する騒音を小さくすることができ
る。
第6図には本発明のさらに別の実施例に係るパルスバ
ーナの縦断面が示されている。
この実施例では、内筒34内に伝熱管51をかしめ止めに
よって配設するとともに、一体管31の外面にも第7図に
示すように伝熱管52をかしめ止めによって配設し、これ
ら伝熱管51、52を直列に接続して内部に熱媒を通流させ
るようにしている。
このように構成すると、熱回収量をさらに増加させる
ことができ、全体の小型化,高効率化が可能となる。
第8図には本発明を二連式のパルスバーナに適用した
実施例が示されている。
このパルスバーナは、軸方向の各部内径が等しい一対
の筒体61、62と、これら筒体を平行に連結する連結壁63
とからなり、全体が一体に形成された一体管64を用いて
いる。そして、各筒体61、62内に内筒65をそれぞれ同心
的に設置し、この内筒65の存在によって各筒体61、62内
の一端側に燃焼室66をそれぞれ形成するとともに各内筒
65と各筒体との間に燃焼室66に通じる環状の尾管通路部
67をそれぞれ形成している。各内筒65は第9図に示すよ
うに支持体68を介して対応する筒体の内面に固定されて
いる。各燃焼室66の上流側にはそれぞれ燃料供給管71お
よび空気供給管72が通じており、これら供給管には一方
向弁73、74が挿設されている。そして、各空気供給管72
は吸気チャン75に共通に通じている。また、下流側にお
いては、連結壁63の切り欠きによって排気チャンバ76が
形成されている。この排気チャンバ76は排気口77に通じ
ている。なお、図中78は送風ファンを示し、79は予混合
室を示し、80はイグナイタを示している。
このような構成であると、2連式の特徴を最大限に発
揮させることができるとともに前記各実施例と同様に伝
熱面積の増加により熱効率を向上させることができる。
また、外壁に熱回収用の伝熱管を設置する際にも外壁に
沿って直管配置できるので、製作コストを低減できる。
第10図は、第8図に示すパルスバーナの変形例を示す
もので、この例では内筒65を軸方向に延びる伝熱フイン
81で各筒体61、62の内面に固定するとともに、各筒体6
1、62の外面に伝熱管82を固定している。
第11図には本発明を二連式のパルスバーナに適用した
他の実施例が示されている。
この実施例においては、軸方向の各部内径が等しい一
体管64aを用いている。そして、一体管64a内に、第12図
にも示すように1つの内筒65aと、一体管64a内を半径方
向に2分し得る系の中仕切85とを一体化した要素86を挿
設し、この要素86の存在によって一体管64a内の片方に
それぞれ燃焼室87を形成し、また内筒65aと一体管64aと
の間に燃焼室87に通じる半環状の尾管通路部88をそれぞ
れ形成している。
このような構成であると、第8図に示したものに比べ
て、排気チャンバ76を形成するために中仕切り85を格別
に加工する必要がないし、また内筒65aも1個ですむた
め、より製作コストを低減できる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形できる
ことは勿論である。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、製作コストの低減化、
尾管部での有効伝熱面積の増大化を図れ、全体の小型
化、高効率化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るパルスバーナの縦断面
図、第2図から第6図は本発明のそれぞれ異なる実施例
に係るパルスバーナの概略構成図、第7図は第6図に示
されたパルスバーナを第6図におけるA−A線に添って
切断し矢印方向に見た図、第8図は本発明のさらに異な
る実施例に係るパルスバーナの縦断面図、第9図は第8
図に示されたパルスバーナを第8図におけるB−B線に
添って切断し矢印方向に見た図、第10図は変形例を説明
するための図、第11図は本発明の別の実施例に係るパル
スバーナの縦断面図、第12図は第11図に示されたパルス
バーナを第11図におけるC−C線に添って切断し矢印方
向に見た図、第13図および第14図はそれぞれ従来のパル
スバーナの縦断面図である。 31、64、64a……一体管、32、66、87……燃焼室、33、6
7、88……尾管通路部、34、65、65a……内筒、36、72…
…空気供給管、37、71……燃料供給管、38、39、73、74
……一方向弁、44、76……排気チャンバ、40、80……イ
グナイタ。
フロントページの続き (72)発明者 三谷 明男 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所 内 (56)参考文献 特開 昭60−248909(JP,A) 特開 昭63−108103(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも燃焼筒と、この燃焼筒よりも小
    さい通過断面積を有する尾管とを備えたパルスバーナに
    おいて、前記燃焼筒と尾管とは同一断面形状の一体管で
    構成されており、かつ前記一体管の尾管部分内に、この
    尾管部分の通過断面積を縮小するための内筒が装着され
    ていることを特徴とするパルスバーナ。
  2. 【請求項2】燃焼筒と、この燃焼筒よりも小さい通過断
    面積を有する尾管とを備えたパルスバーナ要素を2台並
    列に連結してなるパルスバーナにおいて、前記燃焼筒と
    尾管とは同一断面形状の一体管で構成されており、かつ
    前記一体管の尾管部分内に、この尾管部分の通過断面積
    を縮小するための内筒が装着されていることを特徴とす
    るパルスバーナ。
  3. 【請求項3】前記各パルスバーナ要素の一体管は、一体
    に形成されたものである請求項2に記載のパルスバー
    ナ。
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