JP5095724B2 - ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物に点火するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
(燃料−酸化剤混合物の流れの中での起爆)
(超過気圧波の規模の制御)
(デトネーション管アレイ)
(超過気圧波の可干渉化焦点調節(Coherent Focusing)及び舵取り(Steering))
図9は、個々の管の点火のタイミングによってどのようにして非近接場の単一地点で発生超過気圧波の強度の焦点が調節されるかを示している。遠くにある管は、より長い距離を進むのにかかるより長い時間を補償するように前もって引き金を引かれ、これにより全てのパルスが空間内の同じ地点に同じ時間に到着する。図9は、発生する音波パルスが空間内の地点902に同時に到達するようにタイミング制御機構216によって制御されたタイミングで点火(または発射)されるデトネーション管100A〜100Eのアレイ900を示す。デトネーション管100A〜100Eによって産出される音波パルス906は、それぞれ直接路904A〜904Eに沿って進む。このようなものとして、100Eから100Aの順に、異なる直接路を進むのに要する異なる運行時間を計算に入れて点火の間隔を適切に遅らせて、デトネーション管は点火され、音波パルス906は空間内の地点902に同じ時刻に到着し、結合音波パルス908を産出する。
(デトネーション管アレイの作用理論)
(数1)
Lp(dBSPL)=10・log10(p/p0)
である。例えば、180dBSPLは、20,000Paまたは約3psiの圧力に等しい。このレベルでの瞬間的音響インテンシティは、1,000,000W/m2である。
(数2)
p=√(p1 2+p2 2+2p1p2cos(θ1−θ2)) N/m2
なお、位相は同一なのでコサイン値は1になり、圧力値は単一源の圧力の2倍となる。この関係はN個の音波源にも適用でき、
(数3)
N源=N*p
である。
(数4)
I=p2/(ρc) Watts/m2
ここで分母は、媒体の、この場合空気の音響インピーダンス(acoustic impedance)の値である。
(本発明の起爆装置のその他の用途)
102 燃料供給装置
104 酸化剤供給装置
105 燃料−酸化剤混合物供給装置
105′ 第2の燃料−酸化剤混合物供給装置
106 燃料−酸化剤混合物、ガス混合物
108 高電圧線
110 スパークプラグ
112 開口端
11 超過気圧波発生装置
114 起爆装置
208 充填開始点
210 裸線
212 スパーク
214 高電圧パルスインプット
216 タイミング制御機構
302 絶縁シリンダー
304 雷管
306 電極
308 シェルキンスパイラル
310 開口端
312 逆止め弁
314 ボール
316 開口部
318 バネ
400 段階的デトネーション管組合せ
502 第1の直径
504 第2の直径
602 第1の直径
603 第2の直径
604 第3の直径
702、704、706、708、710 デトネーション管アレイ
900 アレイ
902 地点
904 直接路
906 音波パルス
908 結合音波パルス
1100 デトネーション管グループ
1200 アレイ
1202 6面構造のサブアレイ
1300 オットーサイクル内燃エンジン
1302 吸気弁
1304 燃料−酸化剤混合物注入口
1306 排気弁
1308 排気口
1310 ピストン
1312 シリンダー
1314 クランク
1316 スパークプラグ
1500 ロータリーエンジン(Wankel engine)
1700 タービン
1800 ロケットエンジン
Claims (20)
- 雷管(detonator tube)と点火装置(igniter)を含む起爆装置(detonator)であって、
該雷管は、充填開始点(fill point)及び開口端を有するものであり、該充填開始点にガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物が供給され、ここで、該燃料−酸化剤混合物は、燃料と酸化剤を含み、該燃料と該酸化剤の規定された質量比及び該燃料−酸化剤混合物の規定された流速が、前記起爆装置の長さ及び直径の特性に依存する爆発特性が得られるように維持されており、前記ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物が、前記充填開始点から点火地点へと流れること、及び、
前記点火装置は、前記雷管内の該点火地点に設置され、前記ガス状のまたは分散系の燃料−酸化剤混合物が、前記規定された流速で前記雷管中の前記点火地点へと流れている間に、前記ガス状のまたは分散系の燃料−酸化剤混合物は前記点火地点において前記点火装置によって点火され、それによって該点火地点で爆発インパルス(detonation impulse)が産出され、該爆発インパルスが該雷管の該開口端へ伝播することを特徴とする起爆装置。 - 更に前記雷管の内側に位置する弁を含む請求項1に記載の起爆装置。
- 前記弁が逆止め弁である請求項2に記載の起爆装置。
- ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物に点火するための、
充填開始点、開口端、及びその内部の点火地点に設置された点火装置を有する雷管、
並びに該雷管の該充填開始点へガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物を供給するための燃料供給装置、を含むシステムであって、
該燃料−酸化剤混合物は前記雷管中の前記点火地点へと流れるものであり、該燃料−酸化剤混合物は燃料と酸化剤を含み、該燃料と該酸化剤の規定された質量比及び該燃料−酸化剤混合物の規定された流速は、前記起爆装置の長さ及び直径の特性に依存する爆発特性が得られるように維持されており、前記ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物は、前記規定された流速で該雷管中の前記点火地点へと流れ、前記点火装置が前記点火地点において前記ガス状のまたは分散系の燃料−酸化剤混合物に点火し、それによって該点火地点で爆発インパルスが産生され、該爆発インパルスが該雷管の該開口端へ伝播することを特徴とするシステム。 - 更に前記雷管の内側に位置する弁を含む請求項4に記載のシステム。
- 前記弁が逆止め弁である請求項5に記載のシステム。
- 前記弁が前記点火地点の前に位置する請求項6に記載のシステム。
- 前記爆発インパルスが、開口端を有するデトネーション管(detonation tube)の一つ、燃焼室(combustion chamber)、内燃エンジン、またはパルスデトネーションエンジンに供給される請求項4に記載のシステム。
- 燃料対酸化剤の質量比及び前記ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物の流速が、前記雷管の長さ及び直径に基づいて選択される請求項5に記載のシステム。
- 前記ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物が少なくとも、エタン、メタン、プロパン、水素、ブタン、アルコール、アセチレン、MAPPガス、ガソリン、航空燃料、石油蒸留物、ナフサ、鉱油、ケロシン、ディーゼル油、ベンゼン、またはDEETの1つからなる請求項4に記載のシステム。
- 更に前記点火装置の点火タイミングを制御するためのタイミング制御機構を含む請求項4に記載のシステム。
- ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物に点火するための、
充填開始点と開口端を有する雷管、及び該雷管内の点火地点に設置された点火装置を含む起爆装置、
並びに該雷管の該充填開始点へガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物を供給するための燃料−酸化剤供給装置、を含むシステムであって、
該燃料−酸化剤混合物は前記雷管中の前記点火地点へと流れるものであり、該燃料−酸化剤混合物は燃料と酸化剤を含み、該燃料と該酸化剤の規定された質量比及び該燃料−酸化剤混合物の規定された流速は、前記起爆装置の長さ及び直径の特性に依存する爆発特性が得られるように維持されており、前記ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物は、前記規定された流速で該雷管中の前記点火地点へと流れ、前記点火装置が前記点火地点において前記ガス状のまたは分散系の燃料−酸化剤混合物に点火し、それによって該点火地点で爆発インパルスが産生され、該爆発インパルスが該雷管の該開口端へ伝播することを特徴とするシステム。 - 前記起爆装置が更に前記雷管の内側に位置する弁を含む請求項12に記載のシステム。
- 前記弁が逆止め弁である請求項13に記載のシステム。
- 前記弁が前記点火地点の前に位置する請求項13に記載のシステム。
- 燃料対酸化剤の質量比及び前記ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物の流速が、前記雷管の長さ及び直径に基づいて選択される請求項12に記載のシステム。
- 前記ガス状または分散系の燃料−酸化剤混合物が少なくとも、エタン、メタン、プロパン、水素、ブタン、アルコール、アセチレン、MAPPガス、ガソリン、航空燃料、石油蒸留物、ナフサ、鉱油、ケロシン、ディーゼル油、ベンゼン、またはDEETの1つからなる請求項12に記載のシステム。
- 更に前記点火装置の点火タイミングを制御するためのタイミング制御機構を含む請求項12に記載のシステム。
- 前記タイミング制御機構がトリガー機構、フィクスドロジック(fixed logic)、または制御プロセッサ(control processor)の1つを含む請求項18に記載のシステム。
- 前記点火装置が高電圧パルス源(high voltage pulse source)、トリガードスパークギャップ源(triggered spark gap source)、レーザー、または爆発線(exploding wire)の1つを含む請求項12に記載のシステム。
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