JP3614797B2

JP3614797B2 - パルス燃焼装置

Info

Publication number: JP3614797B2
Application number: JP2001166567A
Authority: JP
Inventors: 勇二藤本; 典夫石黒; 三一川本; 祐二加藤
Original assignee: 明伸興産株式会社
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002357301A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルス燃焼装置の一つとして、図３に概略構成図を示すように、燃焼用エアの導入手段２１を備えたクッションチャンバー２２の燃焼室２３への連通路Ｂに、液体燃料を燃焼室２３に向けて噴射する燃料噴射ノズル２４を配置する一方、前記連通路Ｂの噴出口に臨ませて燃焼室２３内にフレームトラップ２５を配置して、連通路Ｂから噴出される燃焼用エアとノズル２４から噴射される微粒子化された液体燃料とを、フレームトラップ２５に沿わせて燃焼室２３内に送り込み、この燃焼用エアと液体燃料との混合気を燃焼室２３内で爆発燃焼させるものがある（例えば特開２００１−４１０６号公報を参照）。
【０００３】
具体的には、混合気が燃焼室２３内で爆発燃焼すると、その爆発圧（爆風）が連通路Ｂを通してクッションチャンバー２２内に作用し、この爆発圧によってエア導入手段２１の吸気弁２６が閉じられる一方、燃焼室２３内の燃焼ガスは、排気管２７を通して燃焼室２３外に排気される。
【０００４】
そして、この排気される燃焼ガスの慣性力によって燃焼室２３内が負圧になると、クッションチャンバー２２内の燃焼ガスとエアとが燃焼室２３内に流れ込んで、これに伴ってクッションチャンバー２２内の圧力が大気圧以下になると、エア導入手段２１の吸気弁２６が開き、クッションチャンバー２２内にフレッシュエアが導入されるのであって、このエアが連通路Ｂを通して、かつ、ノズル２４から噴射される微粒子化された液体燃料とともに、混合気として燃焼室２３内に噴出されるのであり、爾後は、高熱体のフレームトラップ２５を火種にして、混合気が燃焼室２３内で爆発燃焼することがパルス的に繰り返されるのである。
【０００５】
上記の構成にかゝるパルス燃焼装置では、フレームトラップ２５がパルス燃焼移行後の火種となり、更に、爆発燃焼時に発生した爆発圧（爆風）が直接的にクッションチャンバー２２内に侵入することが、フレームトラップ２５によって阻止されることから、エア導入手段２１の吸気弁２６の損傷が防止される点で好適であるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このパルス燃焼装置においては、パルス燃焼の運転中は、フレームトラップ２５が絶えず高温・絶えず爆発圧（爆風）に晒されることから、フレームトラップ２５そのものや、このフレームトラップ２５の支持部材が変形し易く、更には、破損する虞れもあった。
【０００７】
そして、フレームトラップ２５や支持部材が変形して、連通路Ｂの噴出口に対するフレームトラップ２５の位置ずれが生じた際には、クッションチャンバー２２内に侵入する爆発圧（爆風）が一定圧（一定量）にならなくなり、これによって吸気弁２６が損傷することを加味して、吸気弁２６を二枚重ねにしているのが現状である。
【０００８】
また、フレームトラップ２５が破損した際には、クッションチャンバー２２内に侵入する高温の燃焼ガスによって吸気弁２６が焼損したり、爆発圧によって吸気弁２６が破損したりして、高温の燃焼ガスが吸気口から逆噴出し、これでは人身事故などの重大な事態に繋がることから、フレームトラップ２５はもとより、フレームトラップ２５の支持部材をも、熱に強いコスト的に高価な材料を選択せざるを得ない点で問題があった。
【０００９】
本発明は、かゝる実情に鑑みて成されたものであって、その目的は、クッションチャンバー内に侵入する爆発圧（爆風）を、圧的（量的）に小さくして常に一定圧（一定量）にすることが効果的に達成される上に、更に、混合気の均一な混合も促進されて、爆発燃焼が効率的にアップされるパルス燃焼装置を提供する点にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によるパルス燃焼装置は、請求項１に記載の通り、燃焼用エアの導入手段を備えたクッションチャンバーの燃焼室への連通路に、液体燃料を微粒子化して燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルを配置し、このノズルの先端を連通路の混合気噴出口の近傍に位置させ、かつ、微粒子化された液体燃料と燃焼用エアとの混合気を燃焼室内に直接的に噴出させて爆発燃焼させるようにする一方、前記クッションチャンバーにおけるチャンバー本体のノズル先端側の通路形成面部を、ノズルの外径よりもやゝ大径で且つ噴出口側ほど小径になるテーパー面に形成して、このテーパー面の通路形成面部とノズル先端部とによって、噴出口側ほど狭隘になる環状のエア噴出路を構成した点に特徴がある。
【００１１】
上記の特徴構成からなるパルス燃焼装置によれば、燃焼室内での混合気の爆発燃焼に伴って、その爆発圧が狭隘なエア噴出路を通してクッションチャンバー内に作用し、クッションチャンバーが備えるエア導入手段の吸気弁が閉じられて、燃焼室内の燃焼ガスは、排気管を通して燃焼室外に排気される。
【００１２】
ここで、上記構成のパルス燃焼装置では、燃焼室内にフレームトラップを設けずして、混合気を直接的に燃焼室内に噴出させることから、爆発燃焼時に発生した爆発圧（爆風）は、燃焼室への連通路を通して直接的にクッションチャンバー内に侵入することになるが、この連通路の噴出口側を、ノズルとによって狭隘な環状のエア噴出路を形成するように構成していることから、クッションチャンバー内には、圧的（量的）に小なる一定圧（一定量）の爆発圧（爆風）が侵入するだけのものとなる。
【００１３】
従って、本発明のパルス燃焼装置では、フレームトラップを設けないにも拘らず、燃焼用エア導入手段の吸気弁に対する爆発圧の負荷が極端に軽減されることから、吸気弁の破損が効果的に防止されるのであって、これは延いては、吸気弁を二枚重ねにする必要性がなくなることに繋がることでもある。
【００１４】
一方、燃焼ガスが燃焼室外に排気されて、この燃焼ガス排気に伴って燃焼室内が負圧になると、クッションチャンバー内の燃焼ガスとエアとが燃焼室内に流れ込んで、これに伴ってクッションチャンバー内の圧力が大気圧以下になると、エア導入手段の吸気弁が開き、クッションチャンバー内にフレッシュエアが導入されることになる。
【００１５】
このエアは、噴出口側を狭隘にしたエア噴出路を通して、勢いよく燃焼室内に拡散して噴出される一方、ノズルからは液体燃料が微粒子化されて噴射されることから、この微粒子化された液体燃料は、勢いよく拡散するエアと効率よく均一に混合されて、混合気として燃焼室内に噴出されることになる。
【００１６】
この一方、燃焼室の排気管からは、一部の燃焼ガスが燃焼室に逆流して、この高温の燃焼ガスによって、上記の均一に混合された混合気が着火されることとなり、この結果、燃焼室内では高効率の爆発燃焼が成されるのであって、爾後は、混合気の爆発燃焼がパルス的に繰り返し行われるのであり、従って、本発明によれば、コスト的に高価な材質のフレームトラップを省略することに加えて、吸気弁が一枚で事足りることから、高効率の爆発燃焼を期し得るパルス燃焼装置を、従来に比較して低価格のものにして提供することができる。
【００１７】
好適には、請求項２に記載の通り、燃焼用エアの導入手段の前部側に、連通路に臨ませて受圧部材を備えることであって、かゝる構成のパルス燃焼装置によれば、連通路の噴出口側を狭隘な環状のエア噴出路に形成して、燃焼用エアの導入手段に作用する爆発圧（爆風）を小なるものにした上で、更にこの爆発圧を、連通路に臨ませて備えた受圧部材によって直接的に受け止めることから、吸気弁に対する爆発圧の負荷が更に軽減されることになり、吸気弁の更なるコストダウンを図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は主要部を断面図示したパルス燃焼装置の全体構成図を示している。
【００１９】
この図１において、図中の１は燃焼室で、この燃焼室１には、複数本の排気管２を接続するための接続部材３が設けられている。４は燃焼室１の上流側に連設のクッションチャンバーで、燃焼室接続用のフランジ５を備えた筒状のチャンバー本体６と、燃焼用エアの導入手段７、及び、燃焼室１内への液体燃料の噴射手段８とを備えてなる。
【００２０】
燃焼用エアの導入手段７は、筒状のチャンバー本体６のフランジ５とは反対側の端部に装着されるディスク部材９の中央部に、液体燃料噴射手段８のノズルホルダー１０をエアタイトに保持するためのボス部材１１を連設すると共に、このボス部材１１に連ねる状態でチャンバー本体６側に環状の隆状部１２を連設し、更にディスク部材９に、フレッシュエア導入用の多数の吸気口１３を形成すると共に、この吸気口１３を大気圧の下で開放する吸気弁１４を、上記の環状隆状部１２に装着してなる。
【００２１】
液体燃料の噴射手段８は、シール部材１５を介してディスク部材９のボス部材１１に保持されるノズルホルダー１０と、このホルダー１０に装着される液体燃料の燃料噴射ノズル１６とからなり、かつ、ノズルホルダー１０には、液体燃料の供給パイプ１７が接続されている。
【００２２】
筒状のチャンバー本体６は、燃焼室１への連通路Ａを形成するもので、燃焼室１への混合気の噴出口１８側が小径に且つディスク部材９の装着側が大径に形成されており、混合気の噴出口１８側には、着火用のスパークプラグ１９が設けられている。
【００２３】
燃料噴射ノズル１６は、液体燃料を微粒子化して燃焼室１内に噴射させるもので、ノズル先端をチャンバー本体６の混合気噴出口１８の近傍に位置させる状態で、チャンバー本体６の連通路Ａに内蔵されており、微粒子化された液体燃料と燃焼用エアとの混合気を燃焼室１内に直接的に噴出させて、この混合気を燃焼室１内で爆発燃焼させるように構成されている。
【００２４】
そして、前記チャンバー本体６のノズル先端側の通路形成面部を、ノズル１６の外径よりもやゝ大径で且つ噴出口１８側ほど小径になるテーパー面Ｓに形成して、このテーパー面Ｓの通路形成面部とノズル１６の先端部とによって、噴出口１８側ほど狭隘になる環状のエア噴出路ａを構成している。
【００２５】
上記の構成によるパルス燃焼装置においては、燃焼の初期段階では、スパークプラグ１９を着火源にして、燃焼室１内で混合気の爆発燃焼が行われ、パルス燃焼への移行後においては、燃焼室１に逆流する燃焼ガスを着火源にして、混合気の爆発燃焼が行われる。
【００２６】
ここで、パルス燃焼移行後の運転について説明すると、微粒子化された液体燃料と燃焼用エアとの混合気が燃焼室１に噴出されて、この混合気が燃焼室１内で爆発燃焼すると、この燃焼に伴って発生する爆発圧が狭隘なエア噴出路ａを通してクッションチャンバー４内に作用し、図１に仮想線で示すように、クッションチャンバー４が備えるエア導入手段７の吸気弁１４が閉じられて、燃焼室１内の燃焼ガスは、排気管２を通して燃焼室１外に排気される。
【００２７】
この爆発燃焼時に発生した爆発圧（爆風）は、燃焼室１への連通路Ａを通して直接的にクッションチャンバー４内に侵入するが、この連通路Ａの噴出口１８側を狭隘な環状のエア噴出路ａに構成していることから、チャンバー４内には、圧的（量的）に小なる一定圧（一定量）の爆発圧（爆風）が侵入するだけであって、吸気弁１４の破損は効果的に防止されることになる。
【００２８】
そして、燃焼ガスが燃焼室１外に排気されるに伴って燃焼室１内が負圧下に置かれて、これに伴ってクッションチャンバー４内の圧力が大気圧以下になると、図１に実線で示すように、吸気弁１４が開かれて、吸気口１３を通してクッションチャンバー４内にフレッシュエアが導入されると共に、このエアが噴出口１８側を狭隘にしたエア噴出路ａを通して、勢いよく燃焼室１内に拡散して噴出されることになる。
【００２９】
一方、ノズル１６からは液体燃料が微粒子化されて噴射されて、この微粒子化された液体燃料と上記の勢いよく拡散するエアとが効率よく均一に混合され、これらが混合気となって燃焼室１内に噴出されるのであって、ここで燃焼ガスの一部が排気管２を通して燃焼室１に逆流することで、この高温の燃焼ガスを着火源にして、上記の均一に混合された混合気が爆発燃焼されるのであり、爾後は、混合気の爆発燃焼がパルス的に繰り返し行われることになる。
【００３０】
別の実施の形態によるパルス燃焼装置を図２に示している。この実施の形態では、燃焼用エアの導入手段７の前部側、具体的には、連通路Ａに臨ませる状態でノズルホルダー１０に、断面形状が例えば円錐台形状の受圧部材２０を備えた点に特徴を有し、かゝる構成のパルス燃焼装置によれば、噴出口側を狭隘な環状のエア噴出路ａに形成して、燃焼用エア導入手段７の吸気弁１４に対する爆発圧の負荷を極端に軽減させた上で、更にこの爆発圧を、連通路Ａに臨ませた受圧部材２０で直接的に受け止めることから、吸気弁１４に対する爆発圧の負荷が更に軽減されることになり、吸気弁１４の更なるコストダウンを図ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のパルス燃焼装置によれば、従来のようにフレームトラップを燃焼室内に設けないにも拘らず、吸気弁の破損が効果的に防止されるのであって、これは延いては、吸気弁を二枚重ねにする必要性がなくなることに繋がることでもあり、更に、本発明のパルス燃焼装置では、混合気の均一な混合による高効率の爆発燃焼を期し得るのであって、本発明によれば、コスト的に高価な材質のフレームトラップを省略することに加えて、吸気弁が一枚で事足りることから、高効率の爆発燃焼を期し得るパルス燃焼装置を低価格のものにして提供することができるのであり、そして、請求項２に記載のパルス燃焼装置によれば、吸気弁の更なるコストダウンが達成されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】主要部を断面図示したパルス燃焼装置の全体構成図である。
【図２】別の実施の形態によるパルス燃焼装置の全体構成図である。
【図３】従来例のパルス燃焼装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１…燃焼室、４…クッションチャンバー、７…燃焼用エアの導入手段、１６…燃料噴射ノズル、１８…混合気の噴出口、ａ…エア噴出路、Ａ…連通路、Ｓ…テーパー面。

Claims

燃焼用エアの導入手段を備えたクッションチャンバーの燃焼室への連通路に、液体燃料を微粒子化して燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルを配置し、このノズルの先端を連通路の混合気噴出口の近傍に位置させ、かつ、微粒子化された液体燃料と燃焼用エアとの混合気を燃焼室内に直接的に噴出させて爆発燃焼させるようにする一方、前記クッションチャンバーにおけるチャンバー本体のノズル先端側の通路形成面部を、ノズルの外径よりもやゝ大径で且つ噴出口側ほど小径になるテーパー面に形成して、このテーパー面の通路形成面部とノズル先端部とによって、噴出口側ほど狭隘になる環状のエア噴出路を構成して成ることを特徴とするパルス燃焼装置。
燃焼用エアの導入手段の前部側に、連通路に臨ませて受圧部材を備えて成る請求項１に記載されたパルス燃焼装置。