JP4262045B2 - デトネーション発生方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、デトネーションを利用した高温ガスの発生方法とその装置、並びに、当該高温ガスを利用した発電システムに関する。

従来の高温ガス発生方法は、燃料と酸素を反応させるか、または爆発現象を利用したもの等がある。
従来の高温ガスの発生方法とその装置、並びに、当該高温ガスを利用した発電システムには、爆薬を使うなどしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また海外においてもデトネーションを利用する方法が試みられている（例えば、非特許文献１参照）

特許第2592169号 「ポピュラーサイエンス日本語版Ｖｏｌｕｍｅ３６ ２００３年１１月号」、トランスワールドジャパン株式会社発行、Ｐ６６〜Ｐ７３

従来の高温ガス発生方法における燃料の燃焼熱を利用する方法では2000℃が限界であり、爆薬を利用する方法においては、連続的に発生を行うための制御性に難点がある。
またデトネーションを利用する方法においては、間歇的現象であるため毎回着火源と成すべき機械的操作と化学反応操作が必要であり、連続運転の支障の一つとなっている。

本発明は、このような従来の方法が有していた問題を解決しようとするものであり、間歇的なデトネーションの着火起動操作を容易かつ安定的に行わせ、合わせて、２基以上複数基併設してより連続的に高温ガスを発生させるための方法とその装置を実現せしめることを目的とするものである。

デトネーションの起動には爆薬または安全上取り扱いが困難とされるデトネーションを起こしやすい燃料と酸化剤の混合気に電気火花により着火し形成したデトネーション波を用いることが行われているが、いずれも短時間の内に繰り返し操作し、しかも長時間にわたり継続することが求められる中で、その扱いが安全性上でも、経済性上でも現実的な方法たり得ないのが実情である。本件発明は主燃焼管において発生させたデトネーション波を一部を分離し取出して当該デトネーションの着火源として利用することにより前記課題を解決したものである。

また、本発明の高温ガス発生装置を2基以上複数基併設することにより、既に発生したデトネーションの一部を分離し取出して他の高温ガス発生装置の着火源として利用し以下順次繰り返すことにより全体としてさらに安定的かつ連続的に前記着火時の課題を解決したものである。

上記の課題解決手段により特別な点火源発生装置を用いることなく間歇的なデトネーションの着火をより安定的かつ連続的に行うことを実現し、これにより高温ガスを連続的かつ安定的に発生させることができる。

また、安定的かつ連続的に発生させた高温ガスにより、発電、溶断、過熱加工、高温雰囲気での化学反応を利用した有価物の製造、推進装置としての利用ができる。

以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説明する。

図１は本件発明の高温ガス発生装置を６基併設したレイアウト図である。図１において、18は主燃焼管2の一端部を閉鎖するための管壁であり外部に向かって凸状であり球面または多面体形状である。1は主燃焼管に連続的に構成された最初にデトネーションが発生する空間部分である初期燃焼室、2はデトネーションが発生伝播する管路である主燃焼管、4は主燃焼管開口端部、6は主燃焼管開口端部4の高温ガス噴出口、3は主燃焼管開口端部4から分岐したデトネーション波分岐管、図１中のAはデトネーション分岐管3が隣接して設置された他の高温ガス発生装置の初期燃焼室1のデトネーション波投入口５の一つであるA'へ接続することを示す。同様にBはB'へCはC'へ順次それぞれ接続されることを示す。
当該主燃焼管2は環状に構成した円筒形状の管路であって当該円筒の内直径が5センチメートルから１メートルであって当該主燃焼管2の長さが当該円筒の内直径の２倍から50倍の長さであり一方の端を開放し他方の端を閉鎖した容器内に、燃料に酸化剤を理論化学当量の1倍から２倍の比率で混合させた燃料と酸化剤の混合気を主混合気注入管9を経由してゲージ圧0.1気圧以上の圧力で注入し、次に、当該燃料と酸化剤の混合気の最初の着火源として、初期燃焼室1に水素、炭化水素等に酸素を理論化学当量の0.5倍から1.5倍の比率で混合させた混合気を点火プラグ8で発生させた電気火花により着火し発生させた着火源用デトネーション波をデトネーション波投入口7を経由して投入し当該混合気に着火する。これにより主燃焼管2内でデトネーションを発生させ、当該デトネーションの終了後、既燃ガスを自然排気させ、次に、開閉機構13を開いて開閉機構19を閉じて主混合気注入管9から大気圧以上の通常空気を当該容器の容積の0.05倍量以上吹き込み、その後再び開閉機構19を開いて当該初期燃焼室1内に再び当該燃料と酸化剤の混合気をゲージ圧0.1気圧以上の圧力で主混合気注入管9を経由して注入し、以上の工程を順次繰り返すことにより、各高温ガス発生装置の高温ガス噴出口6から噴出させそれらの高温ガスを集合させて連続的に高温ガスを発生させる。

また、当該主燃焼管及び付帯構造物を冷却するための仕組みを設けるが図には一部のみ記載した。
また当該主燃焼管及び付帯構造物をセラミックスと金属による複合構造とすることもできる。
開閉機構13、19にはロータリーバルブ方式またはカム機構方式を用いても良い。

本発明の一実施例を示す環状多管型高温ガス発生装置の構成図

符号の説明

1 初期燃焼室
2 主燃焼管
3 デトネーション波分岐管
4 主燃焼管開口端部
5 デトネーション波投入口
6 高温ガス噴出口
7 着火源用デトネーション投入口
8 点火プラグ
9 主混合気注入管
10 逆火防止装置
11 混合器
12 主混合気注入口
13 開閉機構
14 着火源用酸化剤注入口
15 着火源用燃料注入口
16 酸化剤注入口
17 燃料注入口
18 閉鎖用管壁
19 開閉機構

Claims (2)

1. デトネーション現象を利用した、高温ガスを発生させる方法において当該デトネーションを発生させる管路状容器の一端部を閉鎖用管壁により閉鎖し他端部を開放させ、当該管路状容器内の閉鎖側空間部に当該デトネーションを発生させるための水素及びまたは炭化水素から成る燃料と酸素から成る酸化剤をそれぞれ、または、予め混合して注入するための注入口を設け、また、当該デトネーションを開始させるため水素及びまたは炭化水素から成る燃料と酸素から成る酸化剤を混合させた混合気に電気火花で着火しデトネーション波を発生させ当該管路状容器内の閉鎖側空間部に伝播させ当該デトネーションの着火源とするための起動装置を設け、さらに、当該管路状容器内の閉鎖側空間部に連続して設けた管路を曲線または多角形状の環状管路と成し、当該環状管路内においてデトネーションを発生させ、デトネーションに伴い発生する高温のガスを当該環状管路の開放側端部から噴出させ、また当該開放側端部から分岐させた管路により当該デトネーション波の一部を分離、誘導して当該環状管路内の閉鎖側空間部に伝播させ再び発生させるデトネーションの着火源として利用し、以下順次繰り返すことを特徴とする、デトネーション現象を利用した高温ガスを発生させる方法。
2. 請求項１の方法による高温ガス発生装置であって、当該高温ガス発生装置を2基以上複数基併設し、最初に配置する当該高温ガス発生装置は当該デトネーションを開始させるため水素または炭化水素と酸素を混合させた混合気に電気火花で着火させてデトネーション波を発生させ当該デトネーション波を着火源として当該管路状容器内の閉鎖側空間部に伝播させる起動装置を設け、さらに、当該管路状容器内の閉鎖側空間部に連続して設けた管路を曲線または多角形状の環状管路と成し、当該環状管路内においてデトネーションを発生させ、デトネーションに伴い発生する高温のガスを当該環状管路の開放側端部から噴出させ、また当該開放側端部から分岐させた管路により当該デトネーション波の一部を分離し誘導して、併設した他の高温ガス発生装置の環状管路内の閉鎖側空間部に伝播させ当該環状管路内の当該燃料と酸化剤の混合気の着火源として利用し以下順次他の高温ガス発生装置を起動させ、一巡後には再び最初に配置した高温ガス発生装置の着火源として利用し、以下順次繰り返し高温ガスを発生させ、合わせて併設した各高温ガス発生装置の開放端部から間歇的に噴出する高温ガスを集合させて、全体で一つの高温ガス発生装置として利用することを特徴とする環状多管型高温ガス発生装置。

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