JP2905628B2 - パルス燃焼器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスと燃焼用空気
との混合気を燃焼室へ送給して脈動的な爆発燃焼を繰り
返して継続燃焼するパルス燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、脈動的な爆発燃焼を繰り返し
て継続燃焼する燃焼器として、特開昭６４−２３００５
号に提案されたパルス燃焼器が知られている。このパル
ス燃焼器は、図３に示すように、燃焼室Ｒ内にガスノズ
ルＧＮと空気ノズルＡＮとを備えたノズルプレートＮＰ
を設け、このノズルプレートＮＰ前面にわずかの隙間Ｓ
をあけて抵抗板ＲＰを配設し、ガスノズルＧＮからの過
濃混合気と空気ノズルＡＮからの燃焼用空気とを混合す
ると共に、爆発燃焼時の逆流防止を図ったものである。
つまり、ガス供給管ＧＰを介して各ガスノズルＧＮから
過濃混合気を供給すると共に、ファンＦにより燃焼用空
気を空気ノズルＡＮから供給して抵抗板ＲＰとノズルプ
レートＮＰとの間で混合し、この混合ガスに点火プラグ
ＳＰで点火して燃焼室Ｒで爆発燃焼させ、高温燃焼排気
をテールパイプＴＰへ送出する。この場合、爆発燃焼に
より燃焼室Ｒには高い圧力が発生するが、抵抗板ＲＰに
より燃焼排気の逆流が防止される。そして、排気時の慣
性により燃焼室Ｒが負圧となり、過濃混合気と燃焼用空
気とが吸入されて高温の燃焼排気により点火スパークを
要せずして再び爆発燃焼する。こうして、周期的に爆発
燃焼が繰り返され、このときの熱を利用して被加熱物
（例えば、油槽内の油）を加熱するのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たパルス燃焼器では、燃焼排気が供給圧源側に逆流した
場合には、燃焼排気を過濃混合気，燃焼用空気に良好に
希釈混合して燃焼室Ｒに送り返すことができないため、
抵抗板ＲＰの設置だけでなく、過濃混合気の供給圧や燃
焼用空気の供給圧をかなり高くしなければならい。この
ため、空気供給用のファンＦを高圧タイプのものにした
りコンプレッサを用いたりしなければならなかった。ま
た、高圧の過濃混合気を供給するガス供給部の構成も複
雑となり、実際に燃焼器として用いるには大がかりな構
成となってしまう。しかも、これに伴って騒音，振動も
大きくなる。

【０００４】また、抵抗板ＲＰとノズルプレートＮＰと
の間の狭いスペースＳで過濃混合気と燃焼用空気とを混
合するため、一様な混合が期待できず燃焼が不安定とな
ってしまう。本発明のパルス燃焼器は上記課題を解決
し、低騒音，低振動化を図ると共に簡易な構成で良好な
燃焼を実現することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の第１のパルス燃焼器は、燃料ガスと燃焼用空気
との混合気を燃焼室へ送給して脈動的な爆発燃焼を繰り
返して継続燃焼するパルス燃焼器において、上記燃焼室
での爆発燃焼による燃焼排気を排出するテールパイプ
と、上記燃焼室に隣設され、フレームトラップを設けた
開口部を介して上記燃焼室と連通する混合室と、上記混
合室に燃料ガスを導くガス供給路と、上記混合室に燃焼
用空気を導く空気供給路と、上記空気供給路に燃焼用空
気を供給する送風機とを備えると共に、上記混合室とガ
ス供給路と空気供給路との合計内容積を、上記燃焼室の
内容積よりも大きくしたことを要旨とする。

【０００６】

【作用】上記構成を有する本発明のパルス燃焼器は、ガ
ス供給路と空気供給路とからそれぞれ燃料ガスと燃焼用
空気とが混合室に導かれる。燃料ガスと燃焼用空気とが
混合室で混合され混合ガスとなってフレームトラップを
通過して燃焼室に送られる。そして、燃焼室で混合ガス
が着火して爆発燃焼をおこすと、燃焼排気がテールパイ
プを流れると同時に、一部はフレームトラップを通って
混合室に逆流する。この場合、逆流した燃焼排気は、フ
レームトラップを通過することで熱が奪われて消炎す
る。また、温度低下により体積収縮して圧力が低下す
る。しかもこの場合、混合室，ガス供給路，空気供給路
に逆圧が加わるが、これらの合計内容積を燃焼室の内容
積よりも大きくとっているため、逆圧を充分緩衝するこ
とができる。従って、混合室に燃焼用空気を供給する送
風機の能力は小さくてすむ。一方、燃焼室では、燃焼排
気のフレームトラップからの流出により爆発燃焼圧力が
下がっている。これらの結果、低騒音，低振動化を実現
できることとなる。

【０００７】また、逆圧により燃焼排気が一部戻って
も、混合室で混合ガスと希釈されて燃焼室へ送給され、
再度爆発燃焼が行なわれる。しかも、フレームトラップ
を通過することで、混合気が整流されて爆発着火するポ
イントが一定化し、安定したパルス燃焼を実現すること
ができる。

【０００８】ところで、燃焼性能は、燃焼室の内容積
（以下、燃焼容積と呼ぶ）と、混合室，ガス供給路，空
気供給路の合計内容積（以下、上流容積と呼ぶ）との比
率に影響される。つまり、図２に示すように、一定の燃
焼容積Ｖ１に対して上流容積Ｖ２を変化させていくとＣ
Ｏ濃度（ＣＯ／ＣＯ2 ）が変動し、上流容積Ｖ２を燃焼
容積Ｖ１以下にした場合には、良好な燃焼性能が得られ
ないという結果が得られた。そこで、本発明では、上流
容積Ｖ２を燃焼容積Ｖ１よりも大きくすることで、上記
の逆圧の緩衝にあわせて良好なパルス燃焼を行なうこと
ができる。

【０００９】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明確
にするために、以下本発明のパルス燃焼器の好適な実施
例について説明する。図１は、一実施例としてのパルス
燃焼器の概略構成を表す断面図である。

【００１０】パルス燃焼器は、燃焼室１と、高温排気通
路となるテールパイプ２と、テールパイプ２の途中に設
けられるデカプラ３（膨張室）と、燃焼室１の吸入側に
設けられる混合室４と、混合室４に燃料ガスを供給する
流路となるガス供給管５と、燃焼用空気を供給するファ
ン６（本実施例ではシロッコファン）と、ファン６から
送り出された燃焼用空気を混合室４に導く送風ダクト７
とを備える。

【００１１】燃焼室１と混合室４とはそれぞれ円筒状に
形成され、両室の軸心を一致させて連結される。そして
両室間の軸心に設けられた開口部８により連通してい
る。燃焼室１の周壁には、燃焼開始時の点火用として点
火プラグ１０が設けられる。また、開口部８と向い合う
燃焼室１の壁面にテールパイプ２が連通される。尚、燃
焼室１の側壁に適宜本数のテールパイプを設けてもよ
い。開口部８には、フレームトラップ９が装着される。
尚、本実施例で用いるフレームトラップ９は、セル数
（１平方インチ当りの孔数）を６００，径を４３ミリ，
高さを１３ミリとする。

【００１２】混合室４の底壁中央部には、ファン６と混
合室４とを連通する送風ダクト７が設けられ、周壁低部
には、燃料ガスの供給流路であるガス供給管５が連通さ
れる。尚、混合室４への燃料ガス，燃焼用空気の送給方
向，送給位置（連通位置）は、適宜変更し混合室形状に
応じて良好な混合性が得られるように設定すればよい。
例えば、燃料ガスを混合室４の円筒周壁に沿って接線方
向に送給するようにして、渦流を生じさせて混合性を良
好にする構造であってもよい。

【００１３】次に、本実施例のパルス燃焼器の動作につ
いて説明する。ガス供給管５，送風ダクト７から燃料ガ
ス，燃焼用空気が混合室４にそれぞれ送給され、混合室
４内でぶつかり合って充分に混合され混合ガスとなる。
そして、この混合ガスは、開口部８に装着されたフレー
ムトラップ９を通過して燃焼室１に送られ、点火プラグ
１０のスパークにより着火して爆発燃焼する。この爆発
燃焼により生じた高温，高圧の燃焼排気は、爆発圧によ
りテールパイプ２に排送されると同時に、一部はフレー
ムトラップ８を通過して混合室に逆流する。

【００１４】１回の爆発燃焼が終了すると、排気時の慣
性により燃焼室１が負圧となり、再度混合ガスが混合室
４から吸入され、高温の残留排気により自然着火して爆
発燃焼する。こうして、燃焼，排気，吸気を連続的に繰
り返す。

【００１５】この場合、爆発燃焼時に混合室４に逆流し
た燃焼排気は、フレームトラップ９の通過時に熱を奪わ
れて消炎すると同時に、温度低下により体積収縮して圧
力が低下する。本実施例では、燃焼排気温度は燃焼室１
で１４００℃であり、フレームトラップ９を通過して混
合室４に送られると２００℃となる。従って、シャルル
の法則（Ｖ／Ｔ＝一定）から、燃焼排気の体積は混合室
４で約１／３となり、燃焼排気の圧力も約１／３とな
る。

【００１６】こうした逆流により、混合室４，ガス供給
管５，送風ダクト７に逆圧が加わるが、これらの室内容
積を大きくとっているためにこの逆圧を充分緩衝するこ
とができる。つまり、この逆圧を緩衝するため、および
後述する燃焼性を良好にするために、本実施例では各室
を次のような内容積にしている。即ち、燃焼室１の内容
積を５４０cc，混合室４を２０００cc，ガス供給管５を
２４cc，送風ダクト７を１３６ccとして、燃焼室１の内
容積（以下、燃焼容積Ｖ１と呼ぶ）に対して、混合室
４，ガス供給管５，送風ダクト７の合計内容積（以下、
上流容積Ｖ２と呼ぶ）を大きくしている。

【００１７】従って、逆圧を充分緩衝することで、従来
のように高圧タイプのファンを用いる必要がなく、ガス
供給圧を高くする必要もない。また、燃焼排気の混合室
４への流出により燃焼室１の爆発燃焼圧が下がることも
併せて、低騒音，低振動化を図ることができる。更に、
ファン６の風量や燃料ガス量を調整することでターンダ
ウン比を大きくとることができる。

【００１８】また、混合室４に逆流した燃焼排気は、混
合室４で混合ガスと良好に希釈されて燃焼室１に送給さ
れ再度爆発燃焼する。しかも、フレームトラップ９を通
過することで、燃焼室１では混合ガスが整流されて爆発
着火するポイントが一定化し、安定したパルス燃焼を継
続することができる。

【００１９】ところで、こうしたパルス燃焼の燃焼性に
は、燃焼容積Ｖ１と上流容積Ｖ２との比率に影響され
る。図２は、一定の燃焼容積Ｖ１に対して上流容積Ｖ２
を変化させた場合のＣＯ濃度（ＣＯ／ＣＯ2 ）の変化を
実験により測定し、その結果を表したグラフである。こ
の実験によれば、上流容積Ｖ２を燃焼容積Ｖ１より小さ
い値から増大させていくと、ＣＯ濃度が減少していくも
のの燃焼容積Ｖ１以下の範囲ではＣＯ濃度が高く、良好
な燃焼性能が得られない。そして、上流容積Ｖ２を燃焼
容積Ｖ１より大きくしていくと更にＣＯ濃度は減少して
いき、途中から増大し始める。この場合、上流容積Ｖ２
が燃焼容積Ｖ１より大きな範囲ではＣＯ濃度が途中から
増大するものの、良好な燃焼が得られる範囲であった。

【００２０】上流容積Ｖ２を燃焼容積Ｖ１より小さくし
た場合に燃焼性が不良となるのは、燃料ガスと燃焼用空
気との混合が不十分であることと、逆流した燃焼排気の
希釈濃度が高くなることに起因する。また、逆圧を緩衝
する容積が減ることで、逆流時の圧力が高くなり、それ
に打ち勝つためのファン６能力が不足となるためであ
る。

【００２１】逆に、上流容積Ｖ２を増した場合には、圧
損が小さくなり空気過剰率が増大してＣＯ濃度は増大す
るが、上流容積Ｖ２を燃焼容積Ｖ１より小さくした場合
に比べてかなり低くい。従って、本実施例では、上流容
積Ｖ２を燃焼容積Ｖ１よりも大きな範囲で、しかも、Ｃ
Ｏ濃度が最小となる容積に設定することで、極めて良好
な燃焼性を得ることができる。

【００２２】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものでなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な態様で実施し得
ることは勿論である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のパルス燃焼
器によれば、燃焼室からの燃焼排気の逆流を許容するも
のの、この燃焼排気をフレームトラップを通過させて低
圧化し、さらに混合室，ガス供給路，空気供給路で逆圧
を充分緩衝するため、ガス，空気供給源に与える影響が
非常に小さくなり、従来のような高圧の各供給装置を必
要としなく構成が簡単となる。更に、低騒音化，低振動
化を図ることができる。また、混合室で燃料ガス，燃焼
用空気，燃焼排気を良好に混合するため、良好なパルス
燃焼を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例としてのパルス燃焼器の概略構成を表
す断面図である。

【図２】燃焼容積と上流容積との比率による燃焼特性を
表すグラフである。

【図３】従来のパルス燃焼器の概略構成を表す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…燃焼室，２…テールパイプ，４…混合室，５…ガス
供給管，６…ファン，７…送風ダクト，８…開口部，９
…フレームトラップ，Ｖ１…燃焼容積，Ｖ２…上流容積

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスと燃焼用空気との混合気を燃焼
   室へ送給して脈動的な爆発燃焼を繰り返して継続燃焼す
   るパルス燃焼器において、 上記燃焼室での爆発燃焼による燃焼排気を排出するテー
   ルパイプと、 上記燃焼室に隣設され、フレームトラップを設けた開口
   部を介して上記燃焼室と連通する混合室と、 上記混合室に燃料ガスを導くガス供給路と、 上記混合室に燃焼用空気を導く空気供給路と、 上記空気供給路に燃焼用空気を供給する送風機とを備え
   ると共に、 上記混合室とガス供給路と空気供給路との合計内容積
   を、上記燃焼室の内容積よりも大きくしたことを特徴と
   するパルス燃焼器。