JP2781928B2 - パルス燃焼器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、給気、爆発燃焼、排気のサイクルをくり
返しながら脈動的に連続燃焼するパルス燃焼器に関し、
特に、排気圧の有効利用を促したものである。

〔従来の技術〕

従来の技術として、パルス燃焼器の排気圧にて過給器
を作動せしめ、該過給器からの圧力空気を燃焼室へ導い
て燃焼用空気の増圧に使用するものは、たとえば、特開
昭58−156105号公報に示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術にあっては、排気管の中途部に排気圧
にて作動する過給器を設け、この過給器の駆動軸と給気
管におけるファンの駆動軸とを駆動モータで連結し、こ
の駆動モータによりファン及び過給器を駆動するととも
に、その過給気の排気圧による作動を上記ファンの駆動
力として得るようになして、燃焼初期は駆動モータでフ
ァンを回転して強制給気するが、自燃焼に至ると、駆動
モータを停止し、ファンは燃焼排気圧によりプロペラを
介して回転を継続し、過給器としての作用をなすもので
ある。

しかしながら、過給器の排気管への設置位置が固定さ
れているため、過給器の種類によっては、その耐熱許容
温度を越える設置環境となったり、過給器の効果を十分
に発揮できない位置になったりすることがある。

そこで、この発明は、過給器等の回転駆動体の保護と
効率アップを図ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明のパルス燃焼器
は、燃焼室と尾管及びデカプラの適当な容積比により給
気、爆発燃焼、排気のサイクルをくり返しながら脈動的
に連続燃焼するパルス燃焼器の尾管に排気圧にて作動す
るガスタービン、過給器等の回転駆動体を設け、該回転
駆動体からの圧力空気を燃焼室へ導いて燃焼空気を供給
するとともに、前記回転駆動体の尾管に対する設置位置
を該回転駆動体の許容温度に応じ選択可能に設けたこと
を特徴とするものである。

〔作用〕

上記構成としたこの発明によるパルス燃焼器は、回転
駆動体の設置位置を、該回転駆動体の材質等による耐熱
許容温度にマッチした位置として高温高圧排気を無駄な
く有効に再利用できるものである。

〔実 施 例〕

以下この発明のパルス燃焼器の実施例について図面を
参照して説明する。

実施例１ 第１図において、１は燃焼室で、ガス供給管４からの
過濃混合ガスと後述する回転駆動体Ａからエアーチャン
バー５を介して送気される燃焼用二次空気が、多孔ノズ
ル板６のノズル孔6a,6bから該燃焼室１内へ送給混合さ
れて、燃焼室１内において爆発的に燃焼し、その燃焼排
気ガスは燃焼室１に連設した尾管２及び尾管２に設けた
デカプラ３を経て排気口3aから器外に放出されるように
なっている。７は前記ノズル孔6a,6bの前面に一定の間
隙を存して設けた抵抗板で、過濃混合ガスと燃焼用二次
空気の混合を促し、燃焼爆発による該ノズル孔6a,6bへ
の逆流を阻止するためのものである。

上記構成において、パルス燃焼器の燃焼メカニズム
は、燃焼室１と尾管２及びデカプラ３の適当な容積比に
より給気、爆発燃焼、排気のサイクルをくり返しながら
脈動的に連続燃焼するものであるが、燃焼初期（運転当
初）だけは回転駆動体Ａからの強制給気と燃焼室１内に
臨設せる点火プラグ（図示せず）による強制着火を要す
るが、暫時経過後は、自己給気、自己着火のもとに自燃
焼を継続するものである。

実施例１は上記パルス燃焼器の高温高圧排気を給湯器
の熱交換器に適用した例であって、燃焼室１と尾管２の
前流側の外周面に一連の湯槽８を設けて、燃焼室１と尾
管２で熱交換して湯槽８内の水を加熱昇温し、奪熱され
た排気ガスは尾管２の後流側からデガプラ３を介してそ
の排気口3aから器外へ放出されるものである。

Ａは、たとえば、自動車用過給器として一般に用いら
れているターボチャージャ又はガスタービン等の回転駆
動体で、前記尾管２の下流側（たとえば、湯槽８の直
後）に設置して、熱交換後の排気圧ａで回転されるター
ビンがファンを駆動し、該ファンによる給気を給気管９
を介してエアーチャンバー５に導いて燃焼用空気の増圧
に供するようになすとともに、前記ファンの軸を延長し
た回転軸10を取出し、該回転軸10の回転を他のエネルギ
ー源Ｂ、たとえば、発電機11に伝達せしめ、かつ、強制
給気用モータＭの軸12を前記タービンの軸に連結して該
モータＭでファンを回転することによりファンによる給
気が給気管９を介してエアーチャンバー５に導かれて、
燃焼初期の強制給気に供するようになしている。強制給
気用モータＭは前記発電機11からの電流を蓄電するバッ
テリー13と接続され、燃焼初期の一定時間だけバッテリ
ー13からの給電によりモータＭが回転した強制給気が行
いうるようになしている。しかして、実施例１は自給自
足型としたものである。

実施例２ 第２図及び第３図において、実施例１の構成から、強
制給気用モータＭ及びバッテリー13を廃して、別の強制
給気用ファンＦを設け、該ファンＦからの給気を燃焼初
期の一定時間だけエアーチャンバー５に導く構造とした
もので、それ以外は実施例１と同一構造につき、同一部
分に同一符号を付してその説明を省略する。なお、図中
14は回転駆動体Ａのファンによる空気供給時に逆流を阻
止するダンパーである。

実施例１及び２において、回転駆動体Ａの尾管２に対
する設置位置は、たとえば、第２図及び第３図の実施例
２に例示したように、回転駆動体Ａとして、たとえば、
自動車用過給器として一般に用いられているターボチャ
ージャを用いた場合、該ターボチャージャは耐熱許容温
度が800℃〜850℃であるのが一般的であるため、該許容
温度に最適の位置l₁、すなわち、尾管２内の排気温度が
該許容温度に相当する後流側の適宜部位に取付け設置し
（第２図参照）、また、耐熱許容温度が前記ターボチャ
ージャより高い回転駆動体Ａにあっては、該許容温度に
最適の位置l₂、すなわち、尾管２内の排気温度が該許容
温度に相当する前流側の適宜部位に取付け設置するもの
である（第３図参照）。

上記実施例１及び２において、尾管２に回転駆動体Ａ
として、市販の自動車用過給器の内から比較的小型のタ
ーボチャージャ（たとえば、連続許容最高温度が850℃
で、約2500rpmで効果を発揮する程度のもの）を取付け
設置した場合のターボチャージャの作動状況を調査した
実験例を示せば、以下のとおりであった。

実験条件 燃焼室１と尾管２及びデカプラ３の容積が360cm³のパ
ルス燃焼器において、水冷部長さ（湯槽８内にある長
さ）500mmの尾管２を介してターボチャージャを取付
け、尾管２の全長1mの条件下で、しかも、 燃料：家庭用LPG（プロパン純度96.4％） 過濃度混合ガスの当量比：φ_Ｐ＝10.0 総合当量比：φ_ｔ＝0.85 潤滑油:CRC の条件におけるターボチャージャが作動する出力、すな
わち、静圧を測定したところ、熱入力（ｑ＝KW）と、せ
き止め圧（P_B＝ＫPa）及び回転数（Ｎ＝ｒ・ｐ・ｍ）と
の関係は、表１のとおりであった。

上記表１から熱入力に対するせき止め圧をグラフで示
せば第４図のとおりであり、また、熱入力に対する回転
数をグラフで示せば第５図のとおりである。

表１及び第４図、第５図のグラフから、たとえば、熱
入力7KWでせき止め圧2.65KPa、回転数37×10³rpmが観測
された。このことから、ターボチャージャを用いてパル
ス燃焼に必要な加圧用給気源として排気ガスの再利用は
勿論、ターボチャージャから取出した回転軸10の軸力を
発電機11等の動力源としても十分に利用できることが実
証できた。そして、尾管２の上流側ほど排気圧は高い。

なお、パルス燃焼器の燃焼特性は安定し、しかも、大
きなターンダウン比と低騒音レベルが得られた。

〔発明の効果〕

この発明のパルス燃焼器によれば、回転駆動体の尾管
に対する設置位置がその許容温度に応じて選択可能なた
めに、回転駆動体の材質等による耐熱許容温度によって
最も効率のよい最適位置に取付け設置できるからその機
能及び耐久性等が著しく向上するとともに、燃焼用空気
の増圧による燃焼性能の向上及び省エネを図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のパルス燃焼器の実施例１の概略構成
図、第２図及び第３図は実施例２の概略構成図、第４図
及び第５図は、実験例のグラフである。 １……燃焼室、２……尾管、３……デカプラ、Ａ……回
転駆動体、Ｂ……エネルギー源。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室（１）と尾管（２）及びデカプラ
   （３）の適当な容積比により給気、爆発燃焼、排気のサ
   イクルをくり返しながら脈動的に連続燃焼するパルス燃
   焼器の尾管（２）に排気圧にて作動するガスタービン、
   過給器等の回転駆動体（Ａ）を設け、該回転駆動体
   （Ａ）からの圧力空気を燃焼室（１）へ導いて燃焼空気
   を供給するとともに、前記回転駆動体（Ａ）の尾管
   （２）に対する設置位置を該回転駆動体（Ａ）の許容温
   度に応じ選択可能に設けたことを特徴とするパルス燃焼
   器。