JPH0343525B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、燃料の燃焼を強めるほかに、熱効率
を大きくし、熱伝達を向上させ、汚染物質の形成
とスラグ形成を低減させるために音波の励起を利
用する脈動燃焼装置に関するものである。さらに
詳しくいえば、本発明は、固体燃料、液体燃料ま
たは気体燃料のいずれかを燃焼させることがで
き、それによつて燃焼生成物の発生した高温の脈
動流を動力発生のための蒸気発生、水加熱、暖
房、乾燥などの種々の用途に用いることができる
脈動燃焼装置に関するものである。

従来技術 現在まで開発された燃焼器の大部分において
は、燃焼過程は、定常状態の条件のもとで起る。
すなわち、燃焼器内のすべての場所における圧力
は、時間に対して大体一定である。これらの燃焼
器において観測された唯一の非定常は、乱流変動
によるものである。実は、これらの装置は、燃焼
器内のどんな圧力脈動の励起をも特に避けるよう
に設計される。

ホロウエル（Hollowell）の米国特許第
4164210号に記載されているように、脈動燃焼加
熱装置は何年も前から公知であつた。そのような
従来の装置においては、燃料と燃焼空気を脈動燃
焼室に入れて、そこでそれらに点火して内部爆発
を生じさせる。この爆発に関連する圧力上昇によ
つて高温燃焼生成物を燃焼室から排気管を通して
排気衝撃緩和室または膨脹室に排除する。これに
よつて燃焼室に負圧が生ずるようになる。したが
つて、新鮮な空気と燃料が適当な弁を通して燃焼
室に引き入れられ、そのとき次の点火と爆発が起
り、続いて次の負圧が生ずるまで弁が閉じる。し
たがつて、一旦開始すると、際限なく継続する一
連の熱放出爆発が、燃焼空気と燃料を必要に応じ
て適当な空気弁と入口弁を介して自動的かつ断続
的に吸込みながら、発生される。

やはり燃料を脈動状態で燃す在来の燃焼器は、
異なる燃焼器構成と異なる化学的原理を脈動励起
に用いる点で本発明と異なつている。さらに、こ
れらの燃焼器は、一般に、気体燃料か液体燃料か
のいずれかを燃すように設計された。既知の文献
では、微粉化してない固体燃料をある時間持続し
て安定に燃すことのできる脈動燃焼器のあること
を開示しているものはない。

従来の脈動燃焼加熱装置はまたキチン
（Kitchen）の米国特許第3267985号、ルーツエル
シユワブ（Luetzelschwab）の米国特許3721728
号、キチンの米国特許第4241723号およびヒユー
バ（Huber）の第4259928号から知られる。

本明細書における用語を以下のように定義す
る。

「音圧」とは音のないときの媒質の圧力から音
のあるときの媒質の圧力の変化分である。ある点
における音圧の時間的変動は「音圧振動」とい
う。

「粒子速度」とは、音のあるとき媒体の粒子が
振動運動をする速度であつて、ある点における粒
子速度の時間的変動を「粒子速度振動」という。
粒子速度振動は、音圧振動に対して90゜位相が進
んでいる。

「音波振動」とは、音圧振動と粒子速度振動を
総称した表現である。

発明の解決しようとする問題点 従つて本発明の一つの目的は燃料の燃焼度を高
め、熱伝達過程を改良し、熱効率を大きくするた
めに音波の励起を用いる新規な脈動燃焼装置を提
供することである。

本発明のもう一つの目的は、スラグ形成及び汚
染物質の形成を低減する新規な脈動燃焼装置を提
供することである。

本発明のもう一つの目的は、動力発生のための
蒸気発生、水加熱、及び乾燥などの用途に用いる
ことのできる燃焼生成物の高温脈動流を発生する
ために過剰な空気を殆ど用いないで、固体、液体
または気体の燃料のいずれかを燃す新規な脈動燃
焼装置を提供することである。本発明に装置によ
つて過剰空気を殆ど用いないことは、それが用い
られるシステムの熱効率を大きくする。

本発明のなお別の目的は、燃料が多い状態で動
作するとき、固体燃料気化器として働く新規な脈
動燃焼装置を提供することである。

本発明のなおもう一つの目的は、燃焼器の構
成、燃焼空気流の大きさと方向の選択、燃料供給
装置の設計と設置場所、及び燃焼帯域の場所と構
成に基づく燃焼脈動化が励起される新規な脈動燃
焼装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 これら及びその他の目的は、本発明によれば、
基本縦音響モードの励起に直接関係する燃焼特性
を有する新しくて改良された脈動燃焼装置を提供
することによつて達成され、それによつて燃焼及
び熱伝達ならびにその他の関係の過程が結果とし
て脈動状態で生ずる。これは本発明によれば、開
放端を有し、かつ燃料の燃焼が起り熱が放出され
る少なくとも一つの燃焼帯域と、その燃焼帯域に
燃料を送り出す入口手段とを含む燃焼管を備え、
前記燃焼帯域において燃料の燃焼によつて放出さ
れる熱が前記燃焼管の固有縦音響モードの一つを
励起するようになつている脈動燃焼装置を用いて
達成される。そのようなモードは、燃焼管の両端
に圧力節をもち、燃焼管の内側に圧力波腹をもつ
ている。殆どの用途において、燃焼管の中心に一
つの波腹をもつ基本モードが励起される。本発明
によれば、燃焼帯域は音圧の節と波腹との間の距
離の約半分のところに置かれ、その帯域において
音圧振動が粒子速度振動により音波振動の約1/4
周期だけ遅れる。

好ましい実施例において、パルス燃焼装置は開
放端を有する垂直脈動燃焼管を備え、その中で燃
焼帯域は、燃焼管の底から垂直管の長さの1/4の
ところにある。

本発明のそのほかの特徴は、熱交換器のような
燃焼管から熱を取除く手段を備えることにあり、
その場合に熱交換器は、燃焼帯域の場所の1/4波
長下流の距離に置かれ、その燃焼帯域において音
圧振動が粒子速度振動より音波振動の1/4周期だ
け進む。

開発された燃焼器に脈動を発生させるための鍵
は、燃焼過程と選択された燃焼帯域の場所におけ
るゼロでない粒子速度、及び音圧の両方の振動と
の間の相互作用である。反対に、以前に開発され
た脈動燃焼器の動作は、それらがシユミツト管原
理またはヘルムホルツ共鳴器原理のいずれかに基
づいていたものであるが、燃焼過程の粒子速度振
動とではなく圧力振動とのみとの相互作用に基づ
いていたので、これらの装置における燃焼過程
は、圧力振動だけが顕著な場所において起るよう
に設計された。

本発明による燃焼器は自己吸引モードまたは強
制流モードのいずれかで動作する。両方のモード
の動作のもとで、燃焼過程による熱放出は音圧節
と音圧腹との間の約半分の距離のところで生じ、
その場合音圧振動は、音波振動の約1/4周期だけ
粒子振動より遅れる。

本発明による燃焼器内の振動の振幅は、燃焼帯
域の場所の下流の音波振動の1/4波長の距離のと
ころで燃焼生成物から熱を取除くことによつて大
きくなる。この場所において、音圧振動は粒子速
度振動より音波振動の1/4周期だけ進む。実際に
は、この脈動増幅効果は、前記の場所の付近に中
心があり、かつ励起された音波振動の1/4波長よ
り幾分短い長さの熱交換器を用いて高温の燃焼生
成物から熱を取除くことによつて達成される。

自己吸引モードにおいて動作するとき、脈動燃
焼器の向きは、垂直または燃焼器からの燃焼生成
物の流れ及び燃焼器に入る燃焼空気の流れの自然
な通風をできるようにする任意の角度であつても
よい。強制モードで動作するときは、燃焼器の向
きは、垂直、水平または他の任意の所望の角度で
あつてもよい。両方の場合に燃焼器内の熱放出及
び熱除去の過程は、前に規定した条件と他の実際
的な要求事項（例えば灰分除去）を満たさなけれ
ばならない。

実施例 次に同じ参照数字が幾つかの図面を通して同一
の対応する部分を表している幾つかの図面を参照
し、もつと具体的にはその図面の中の第１図を参
照すると、そこに示されたパルス燃焼器は、開放
端１２及び１４を有する燃焼管１０を備えてい
る。燃焼管１０の内部には、燃焼ベツト１６があ
り、それは燃料ベツト１６を含み、燃焼が引続い
て起つている燃焼管１０のその部分を含むように
燃料ベツト１６から下流に伸びている燃焼帯域１
８を燃焼時に形成している。燃焼帯域はまた、脈
動によつて生じた逆流により燃料ベツトの上流に
短距離伸びることができる。燃焼帯域１８の中心
は、開放端１２から燃焼管１０の長さの1/4の距
離のところにある。燃焼帯域１８より上の方に開
放端１２から測つて燃焼管１０の長さの3/4のと
ころにある熱交換器２０がある。熱交換器２０に
は低温水入力端２２及び高温水または蒸気出力端
２４がある。

第１図に示した脈動燃焼器の動作の間、燃焼空
気が開口１２を通して燃焼管１０に入り、燃料ベ
ツト１６の中に供給された燃料の燃焼を促進し、
その結果燃焼帯域１８の中に燃焼生成物が生じ
る。燃焼生成物のほかに燃焼過程から放出される
熱が熱交換器２０を通つて上方に流れ、それによ
つて端２２において熱交換器２０に入る低温水を
加熱して端２４に高温水または蒸気を出力させ
る。第１図に示した両端が開いている垂直燃焼器
においては、燃焼過程は燃焼管１０の底から燃焼
管の長さの1/4の距離のところで起るように設計
される。燃焼と熱放出がこの場所で起ると、圧力
脈動が燃焼過程と燃焼器の基本縦音響モードとの
間の相互作用により燃焼器内に励起される。

本発明によれば、燃焼管１０の中の脈動の振幅
は、燃焼帯域の場所の下流の1/4波長の距離で熱
を発生した燃焼生成物から取除くことによつて大
きくすることができる。第１図に示したように、
従つて熱交換器２０は下端の開放端１２から燃焼
管１０の長さの3/4離れたところにある。この場
所において、音圧振動は、粒子速度振動より音波
振動の1/4周期だけ進む。実際には、結果として
生ずる脈動増幅効果は、指定された場所の付近に
中心があつて第１図に示すように励起された音波
振動の1/4波長より幾らか短い熱交換器を用いて
熱を高温燃焼生成物の流れから取除くことによつ
て達成される。

自己吸引モードで動作するとき、燃焼器の向き
は垂直かまたは燃焼生成物の燃焼器から出てゆく
流れ及び空気の燃焼器に入る流れの両方に対して
自然通風ができるようにする任意のその他の向き
にとることができる。強制モードで動作すると
き、燃焼器の向きは、燃焼器内の熱放出及び熱除
去の過程が上にあげた条件及びその他の実際的な
要求事項、例えば灰圧除去を満足する限り垂直、
水平または他の任意の所望の角度にすることがで
きる。

第２図に示した強制流動作のもとでは、新鮮な
空気が燃焼管１０の底に取付けられた音波衝撃緩
和室２６を通して燃焼管１０に供給される。衝撃
緩和室２６は、燃焼管１０の底における音波境界
条件を著しく変えることなく強制空気流を燃焼管
１０に供給し脈動の励起に必要な要求された「開
放端」境界条件を維持する手段を提供するように
設計されている。第２図に示したように、衝撃緩
和室２６は燃焼空気を燃焼室１０の底の開口１２
に供給する空気取入口を備えている。燃料ベツト
１６と燃焼帯域１８を含む燃焼管１０の下半分の
周りには、絶縁ジヤケツト３０がある。燃料供給
機構３２が燃料を格子３４によつて支えられてい
る燃料ベツトに供給する。燃焼管１０の上半分の
周りには、水入口３８と蒸気または加熱水の出口
４０を有する水−熱交換器３６がある。熱交換器
３６の中心線４２は燃焼空気入口１２から燃焼管
１０の長さの3/4の距離離れたところにある。排
気端音波衝撃緩和器４４が燃焼管の最上部に取付
けられている。衝撃緩和器４４は、熱エネルギー
を燃焼管１０から出てゆく高温燃焼生成物から取
除く追加の熱交換器４６を収容している。このほ
かに、排気端衝撃緩和器４４は、必要ならば、空
気汚染物制御装置（図示なし）を収容するために
用いることができる。衝撃緩和器４４は、衝撃緩
和器２６と同様で燃焼管１０の排気端１４におけ
る音波境界条件が要求された「開放端」条件から
著しく変えられないことを保証するように設計さ
れている。

第６ａ図又は第６ｂ図に示した場合のように、
気体燃料または液体燃料を燃しているとき、燃料
供給装置及び保炎器（図示なし）は、これらが用
いられる場合、燃料供給装置内の励起されること
のあるすべての音波と燃焼器における脈動との間
に破壊的な音響的干渉をすべて避けるように設計
されるべきである。さらに、燃料供給装置及び保
炎器に関連した音響損失を最小にすべきである。

石炭、木材または任意の固体燃料を然すとき、
燃料は燃料ベツト１６を含む燃焼帯域１８の中で
然される。燃焼空気は燃料ベツト１６及び燃焼帯
域１８に燃料ベツト１６を支える金属格子３４を
通つている。第２図に示されているように固体燃
料は燃料ベツト１６の上方の燃焼管１０の壁を貫
いている燃料供給装置を通して燃料ベツト１６に
供給される。大直径燃焼器の場合、二つ以上の燃
料供給装置を用いてもよい。ともかく燃料供給装
置は固形燃料が燃料ベツトに一様に分布し燃焼器
内の音波脈動の減衰が最小になるように燃料供給
速度を連続的かつ定常的になることを確実にする
ように設計されなければならない。用いられる燃
料が固まりになる傾向を示し、そのために燃料ベ
ツト１６を通る空気の流速を許容できないレベル
に減らす場合、機械的装置（図示なし）を用いて
燃料の固まらないようにし、燃焼管１０の空気流
特性を改良すべきである。

強制流モードで及び所定の燃料供給速度で動作
するとき、燃焼過程の強さは定常空気流の速度を
制御することによつて制御できる。空気流の速度
を大きくすると、音波脈動の振幅、燃焼の強さ及
び熱伝達過程が大きくなる。

燃焼器内のNO_xを燃料ベツトもしくは周囲壁
またはその両方を通り抜ける水管を用いて燃焼領
域の温度を下げることによつてさらに低減でき
る。なお、SO_xの形成はドロマイトもしくは石灰
またはその両方をビツドに加えることによつて低
減できる。

開発された燃焼器は化学量論的条件の近くで動
作するとき最大の燃焼効率を示す。従つて、脈動
燃焼器は、最適燃焼効率を得るために従来の燃焼
器より必要とする過剰空気が少ないので、開発し
た燃焼器を用いる装置は、従来の燃焼器を用いる
装置より高い熱効率をもつている。熱放出率は、
空気の流量及び燃料供給料を独立に制御すること
によつて制御できる。

開発された燃焼器の主な長所は、以下の通りで
ある。(1)設計が比較的簡単である。(2)燃焼強度が
非常に高くて、与えられたエネルギー放出速度
（例えばcal／ｈ）に対していままでより小さな体
積の燃焼器を用いることができるという特徴があ
る。(3)一酸化炭素及び煤の発生量をほんのわずか
にしながら実際的に完全な燃焼を行わせる。(4)窒
素酸化物の発生量が小さい。(5)燃料ベツトを冷却
するもしくはベツトに石灰及びドルマイトを添加
すること、またはその両方を行つて窒素及び硫黄
の酸化物の形成をさらに低減する可能性を与え
る。(6)最大燃焼効率における最適動作に必要な過
剰空気が少なくなり、より高い熱効率が得られ
る。(7)燃焼器内に音波振動が存在することによつ
て、熱伝達表面の対流加熱が改良されて、与えら
れた量の熱の伝達に必要な熱伝達表面が小さくな
るようになる。(8)微粉にされていない石炭を燃焼
できる。(9)自己吸引モードまたは強制流モードの
いずれでも作動できる。(10)音波振動があることに
よつて、燃焼器の壁に熱交換表面に沿つてこすり
洗い状の運動が生じて、スラツグの形成が少なく
なり、熱伝達表面を清浄に保つ。(11)気体燃料、液
体燃料または高湿分含有木材を含む固体燃料を燃
すように設計できる。

以下の説明において開発した脈動燃焼器の多数
の用途を説明する。第３図において、非微粉化固
体燃料を用いて強制空気モードの動作で空気と水
の同時加熱または蒸気発生を行う用途が示されて
いる。非粉末化固体燃料（例えば非粉末化石炭、
木材細片、廃材など）がオーガ形供給装置５０を
介してホツパから燃料ベツト１６に導入され、燃
料ベツトにおいてその燃料が脈動モードの燃焼で
燃されて上方に流れる高温燃焼生成物を作る。燃
焼空気は燃焼空気を燃焼管１０の底穴１２に供給
する音波衝撃緩和室２６ａに取付けられた空気フ
アン５７によつて装置へ供給される。第３図に示
した用途においては、音波衝撃干渉器が灰及び屑
の収集器５６を収容している。灰及び燃えかす材
料は下側の衝撃干渉室から自動的または手動のい
ずれかで容易に取除くことができる。

燃料ベツト１６を含む燃焼帯域１８は、底の開
放端１２から燃焼管１０の長さＬの1/4のところ
にある。加熱される空気は、燃焼管１０の壁と絶
縁された外側壁６０の間の環状空間を通過する。
加熱される空気は、空気入口６２において環状空
間に入つて空気出口６４に出る。その空気は燃焼
管１０の高温壁によつて加熱される。燃焼管の上
部は、水−熱交換器３６ａを含んでいる。水がこ
の熱交換器に口３８ａを通つて入り、口４０ａを
通つて高温水または蒸気として出てゆく。この水
は、熱交換表面の上を通る高温燃焼生成物の流れ
によつて加熱される。この対流熱伝達は、流れに
脈動が存在することによつて強められ、燃焼管の
上半分における排気生成物を冷却することによつ
て脈動をさらに増幅できる。

第４図において水加熱または蒸気発生のための
二重脈動燃焼器が示されている。この実施例にお
いては、燃焼空気は、燃焼が起る内側燃焼管１０
ａに供給される。燃焼空気が空気入口６６を通つ
て燃焼管１０ａに入り燃焼生成物が外側管７０の
中央にある排気口６８を通つて排出される。燃焼
空気入口ポート６６及び排出口６８は、音圧振動
の振幅が脈動を減衰させる音波エネルギー損失を
最小にする条件である０の近くにある位置にあ
る。内部燃焼管１０ａは、二つの燃焼帯域１８を
組込んでおり、その帯域の各々が燃料ベツト１６
を備えている。二つの燃焼帯域は、燃焼空気入口
６６から内部燃焼管１０ａの長さの約1/4の距離
にある。空気もしくは水の加熱または蒸気の発生
のための熱交換管は、内部燃焼管１０ａと外側管
７０との間の環状空間におかれて、そこで熱交換
は装置から出てゆく高温燃焼生成物によつて加熱
される。熱損失を最小にするために、絶縁層また
は水ジヤケツト７４が外側管７０を囲んでいる。

第４図に示した実施例は、固い壁の音波境界条
件及び非開放端音波境界条件が燃焼器の両端にお
ける音波振動によつて満足させられているという
ことによつて第２及び３図の実施例と異なる。従
つて、脈動燃焼動作を達成するために、定常流れ
は第４図に示した通路に従わなければならず、燃
焼帯域と熱交換器は指定された場所に置かれなけ
ればならない。

二重脈動燃焼器は必ずしも水平に向けられる必
要はなく、必要な固い壁の音波境界条件及び必要
な定常流れの方向が維持されれば、異なる形状に
作つたりまたは曲げることができる。

熱を流れから取除く外側管７０に対する定常流
れの方向は、その部分における排気生成物の冷却
が脈動を強めるようなものである。

第５図において、開発された脈動燃焼装置のモ
ジユール式仕様が示されている。この例において
二つの脈動燃焼器、燃焼器ａ及び燃焼器ｂの並列
運転は蒸気を発生するための熱出力を大きくする
のを達成するために用いられる。これらの脈動燃
焼器の各々は第２及び３図に示した基本的な脈動
燃焼器と同じである。しかし、モジユール式適用
においては、これらの燃焼器は、装置の底及び頂
部にそれぞれ共通の衝撃緩和室２６ｂ及び４４ｂ
をもつている。底の衝撃緩和室２６ｂは燃焼空気
を燃焼管１０に与える。上側の衝撃緩和器４４ｂ
は、熱交換器と関連の蒸気発生装置を収納してい
る。第５図は、たつた二つしか燃焼器を用いてい
ない適用を示しているが、追加の脈動燃焼器をよ
り高い熱出力を達成するために付け加えることが
できる。

第６ａ，６ｂ及び６ｃ図においては、乾燥のた
めの脈動燃焼の三つの異なる実施例が示されてい
る。第６ａ図に於いては、気体または液体の燃料
が乾燥器として働く垂直燃焼管の下半分の中心近
くで燃される。湿つた材料７６が燃焼管１０の上
半分の中心近くに供給されて乾燥される。燃焼に
よる熱の添加と乾燥による熱の除去の場所がそれ
ぞれ選んであるので脈動が起る。第６ａ図には、
上側衝撃緩和器４４ｃと二相流になつている固体
と気体が分離されるサイクロンセパレータ（図示
なし）との間にある排気フアンが示されていな
い。従つて、下端１２は開いたままで、上側衝撃
緩和室４４ｃだけが開放端音波境界条件を乾燥器
の上端１４で満足することを保証するように用い
られる。この流れに脈動があることによつて乾燥
用材料を機械的に振動させ、材料の水分を蒸発さ
せるのに用いられる熱伝達過程を強める関連の音
波振動があるために乾燥過程が促進される。

第６ｂ図に示した乾燥器は、二つの部分から成
つている。下の部分は、脈動燃焼管１０であり、
上の部分は脈動乾燥管１０′である。燃焼と熱の
添加が燃焼管１０の下半分の中央で起るので、脈
動が下側の管１０の中で起る。熱が乾燥管１０′
の上半分の中央で高温燃焼生成物から取除かれる
ので脈動が上側の乾燥管１０′の中で起る。下側
脈動燃焼管は、上側脈動乾燥器より直径が小さ
く、この装置は下側脈動燃焼器の高温排気生成物
が上側乾燥管１０′に底部開口１２′を通つて入る
ので、その高温排気生成物が外側空気を巻込むと
きエゼクタとして働く。これによつて上側乾燥管
１０′の中の流量が大きくなりかつ温度が低く
（下側燃焼器の排気生成物より）なるが、それは
下側燃焼管１０の高温排気生成物がずつと低温の
外側空気で薄められるからである。

最後に、第６ｃ図に示した乾燥器の構成は底部
にある普通の非脈動燃焼器７８と上部にある脈動
乾燥管１０′とを用いている。再び第６ｂ図に示
した乾燥器におけると同様に、脈動が乾燥管１
０′の中で起るが、それは熱が乾燥管１０′の上半
分の中央付近で乾燥過程によつて高温燃焼生成物
から取除かれるからである。第６ｂ図におけると
同様に、外部の空気が巻き込みによつて吸込まれ
て、乾燥速度が乾燥材料を機械的に振動させると
共に熱伝達過程を強める音波振動の存在によつて
強められる。

発明の効果 要約すると、開発した脈動燃焼装置及び関連の
装置内に脈動があることによつて、従来の燃焼器
に比べて燃焼強度が高められ、熱伝達過程が改良
される。従つて、開発した燃焼器は、与えられた
エネルギー放出量に対して必要な燃焼体積が小さ
く、与えられた量の熱の伝達に必要な表面積が小
さい。なお燃焼器に脈動のあることによつて燃焼
効率が高くなり、生成される汚染物質が少なくな
り、生ずるスラツグの量も少なくなる。最後に、
開発した燃焼器の最適性能は、化学量論的燃料／
空気比の近くで起るので、この燃焼器は、高い熱
効率を有し、燃焼した燃料のエネルギーの大部分
が有用なエネルギーに変換されることを示してい
る。

本発明の脈動燃焼器及び関連の実施例はそれら
の利点が燃焼器の固有音響モードの一つを励起す
ることから生じている。所望の励起を達成するに
は、燃焼と熱除去の過程が音波構造上の指定され
た場所で起ることが重要である。さらに、本明細
書で検討した例の多くは固体燃料を燃焼すること
を含む適用例を説明したが同様の脈動燃焼器をま
た燃焼熱の放出が指定の場所で起り、かつ定常の
燃焼空気流が指定された方向を保つ限り、気体燃
料または液体燃料を燃すことによつて開発するこ
ともできる。

特に注目すべきであると思われる本発明の特定
の特徴は、 −燃焼過程と粒子速度振動及び音圧振動の両方と
の間の相互作用に依存する動作を有する脈動燃
焼器； −水加熱、蒸気発生及びその他の用途のための燃
焼器の上半分の中央付近で燃焼生成物を冷却す
ること、この場所における燃焼生成物の冷却が
脈動をさらに増幅すること； −空気流量及び燃料供給速度に対する独立の制御
での強制流モードの燃焼器の動作； −開発した燃焼器の頂部及び底部に衝撃緩和室の
組込み； −非微粉化石炭、木材片、廃材などを燃料ベツト
内で燃焼の脈動モードで連続的に燃焼できるこ
と； 第４図に示した高温水ヒータの設計； −熱出力を大きくする目的で共通の上下の衝撃緩
和室（第５図参照）をもつた多数の脈動燃焼器
の並列使用； −第６図に示した設計を用いる種々の乾燥用途に
おける開発した脈動燃焼器の利用。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自己吸込み脈動燃焼装置の一
部分断面図の略側面図で、L₁及びL₂が直線距離
を表し、Ｌが本発明の燃焼管の長さを表している
として、固体燃料がL₁＝Ｌ／４で燃され、熱除
去がL₂＝3L／４の場所で起る、第２図は上部及
び底部の音波衝撃緩和室と上部音波衝撃緩和室内
部の熱交換器とを備えた本発明の強制流れ脈動燃
焼装置の一部断面図の略側面図、第３図は暖房及
び水加熱用途に設計された本発明の脈動燃焼装置
の一部断面図の略側面図、第４図は水または空気
を加熱する用途の本発明の改変二重脈動燃焼装置
の一部断面図の略側面図、第５図は蒸気発生のた
めの多数の脈動燃焼管の並列適用を含む本発明の
モジユール式脈動燃焼装置の一部断面図の略側面
図、脈動燃焼管は共通の上下部音波衝撃緩和器を
備えている、第６ａ図は本発明に従つて気体燃料
を用いる乾燥部分を含む単管脈動燃焼装置の一部
断面図の略側面図、第６ｂ図は分離した脈動燃焼
管と脈動燃焼管に通じる分離した脈動乾燥管とを
備えた本発明の脈動燃焼装置の一部分断面図の略
側面図、第６ｃ図は通常の非脈動燃焼器と脈動乾
燥器を用いる本発明による脈動乾燥器の設計の一
部分断面の略側面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続的に開いた両端を有し、かつ少なくとも
   一つの燃焼帯域を含み、前記燃焼帯において、燃
   料の連結燃焼が生じ、少なくとも一つの音圧節と
   少なくとも一つの音圧波腹とを有する定在音波を
   中に励起するように熱を放出する燃焼管と、 前記燃焼帯域に燃料を送る入口機構と、 前記定在音波の振幅を著しく減衰させることな
   く前記燃焼管に燃焼空気を供給する機構と、 を備え、 前記少なくとも一つの燃焼帯域が音圧節と音圧
   波腹との間の距離の約半分のところにあり、その
   位置では音圧振動が粒子速度振動より音波振動の
   約1/4周期だけ遅れて、前記燃焼帯域が音圧と粒
   子速度との両方の脈動にさらされ、燃焼空気の定
   常流が燃焼帯域の下流にある音圧波腹の方へ向け
   られるようになつていることを特徴とする粒子速
   度及び音圧脈動燃焼装置。 ２ 前記燃焼管が開放対向端を有する垂直燃焼管
   であり、 前記燃焼帯域が前記燃焼管の底から前記燃焼管
   の長さの1/4のところにある特許請求の範囲第１
   項に記載の脈動燃焼装置。 ３ 前記燃焼管から熱を取除くことによつて脈動
   の振幅を増幅する機構をさらに備え、前記増幅機
   構が、前記燃焼帯域の位置の下流に音波振動の1/
   ４波長の距離にあり、その位置において音圧振動
   が粒子速度振動より音波振動の1/4周期だけ進む
   特許請求の範囲第１項に記載の脈動燃焼装置。 ４ 前記増幅機構が励起音波振動の1/4波長以下
   の長さを有する熱交換器を備えた特許請求の範囲
   第３項に記載の脈動燃焼装置。 ５ 前記燃焼空気を供給する前記機構が、前記燃
   焼帯域の上流で前記燃焼管の端に取付けられ、前
   記燃焼管の前記一方の端における開放端音波境界
   条件を保証し、強制空気流を前記燃焼管内に供給
   する第１の衝撃緩和室を備える特許請求の範囲第
   １項に記載の脈動燃焼装置。 ６ 前記燃焼帯域の下流で前記燃焼管の他端に取
   付けられて、前記燃焼管の前記他端における開放
   端音波境界条件を保証し、前記燃焼管を出てゆの
   燃焼生成物から熱エネルギーを除く熱交換器を収
   容する第２の衝撃緩和室を備える特許請求の範囲
   第５項に記載の脈動燃焼装置。 ７ 前記燃焼空気を供給する前記機構が、前記燃
   焼帯域の上流で前記燃焼管の端に取付けられ、前
   記燃焼管の前記一方の端における開放端音波境界
   条件を保証し、強制空気流を前記燃焼管内に供給
   する第１の衝撃緩和室を備える特許請求の範囲第
   ３項に記載の脈動燃焼装置。 ８ 前記燃焼帯域の下流で前記燃焼管の他端に取
   付けられて、前記燃焼管の前記他端における開放
   端音波境界条件を保証し、前記熱焼管を出てゆく
   燃焼生成物から熱エネルギーを除く熱交換器を収
   容する第２の衝撃緩和室を備える特許請求の範囲
   第７項に記載の脈動燃焼装置。 ９ 前記燃焼空気を供給する前記機構が、前記燃
   焼帯域の上流で前記燃焼管の端に取付けられ、前
   記燃焼管の前記一方の端における開放端音波境界
   条件を保証し、強制空気流を前記燃焼管内に供給
   する第１の衝撃緩和室を備える特許請求の範囲第
   ４項に記載の脈動燃焼装置。 １０ 前記燃焼帯域の下流で前記燃焼管の他端に
   取付けられて、前記燃焼管の前記他端における開
   放端音波境界条件を保証し、前記燃焼管を出てゆ
   く燃焼生成物から熱エネルギーを除く熱交換器と
   空気汚染物制御装置とを収容する第２の衝撃緩和
   室を備える特許請求の範囲第９項に記載の燃焼装
   置。 １１ 前記燃焼管が間に加熱空間の場所を定める
   内側管壁と絶縁外側壁とを有し、水熱交換器が前
   記燃焼管の上半分にある特許請求の範囲第２項に
   記載の脈動燃焼装置。 １２ 前記燃焼帯域に接続され窒素酸化物の形成
   を最小にするために前記燃焼帯域の温度を制御す
   る冷却機構を含む特許請求の範囲第１項に記載の
   脈動燃焼装置。 １３ SO_x形成を減らすために前記燃焼帯域に加
   えられるドルマイト及び石灰から成る群から選択
   された材料を含む特許請求の範囲第１項に記載の
   脈動燃焼装置。 １４ 前記燃焼管が前記燃焼管の中央にある空気
   入口を含み、 １対の燃焼帯域が前記空気入口の両側において
   前記燃焼管の両端と前記空気入口とのそれぞれの
   中間に配置され、 外側管が前記内側管を取囲んでおり、排気出口
   を有し、前記空気入口が前記外側管を通る導管を
   備えて前記燃焼管と連絡しており、 前記外側管が前記排気出口と前記空気入口導管
   を除いて前記燃焼管を完全に囲み、 熱交換器が前記外側管と前記燃焼管との間に配
   置され、 前記排気出口が前記燃焼管に対して中央に取付
   けられている特許請求の範囲第１項に記載の脈動
   燃焼装置。 １５ 複数の並列に配置された燃焼管がそれぞれ
   の燃焼帯域を備え、共通の入力及び出力音波衝撃
   緩和室がそれぞれ前記複数の燃焼管の両端に結合
   されている特許請求の範囲第１項に記載の脈動燃
   焼装置。 １６ 少なくとも一つの熱交換器が出力音波衝撃
   緩和室に配置されている特許請求の範囲第１５項
   に記載の脈動燃焼装置。 １７ 前記熱除去機構が前記燃焼管の上半分の中
   間で前記燃焼管に供給される被乾燥湿潤材料を含
   む特許請求の範囲第３項に記載の脈動燃焼装置。 １８ 脈動乾燥管が前記燃焼管の両方に配置され
   て前記燃焼管と連絡しており、熱除去機構が前記
   乾燥管の上半分の中央に接続されて前記燃焼管か
   ら熱を除去するようにした特許請求の範囲第２項
   に記載の脈動燃焼装置。 １９ 前記乾燥管が前記燃焼管の断面積より大き
   い断面積を有する特許請求の範囲第１８項に記載
   の脈動燃焼装置。 ２０ 空気汚染物制御装置が前記第２の衝撃緩和
   室にある特許請求の範囲第６項に記載の脈動燃焼
   装置。 ２１ 燃料の燃焼によつて生成された燃焼生成物
   から熱を除去するのに適し、 前記燃焼生成物を受ける一端と前記燃焼生成物
   を排出する他端との二つの開放端を有する乾燥管
   と、 前記乾燥管に前記乾燥管の前記燃焼生成物を受
   ける端から前記乾燥管の長さの3/4離れた位置に
   おいて接続し前記乾燥管から熱を除去する熱除去
   機構とを備えた脈動燃焼装置。 ２２ 長さＬを有し固有縦音波モードの振動を持
   続させるように開放両端を有する燃焼管と、 前記固有縦モードの音波振動を持続させること
   をできるようにしながら燃焼空気を前記燃焼管に
   入れる機構と、 前記燃焼帯域に音圧脈動と粒子速度脈動とを与
   える一つの固有モード振動を励起する場所で前記
   燃焼管の中に少なくとも一つの燃焼帯域を定める
   機構と、 前記場所において熱を発生して前記一つの固有
   モード振動を励起するために前記燃焼帯域に燃料
   を連続的に供給する機構とを備え、 前記場所が前記燃焼管内で前記一つの固有モー
   ド振動によつて作られる音圧節と音圧波腹との間
   の距離の事実上半分のところに配置され、その場
   所では位相のずれた音圧振動と粒子速度振動の両
   方が有限の値の間で振動して前記燃焼帯域内に粒
   子速度と音圧の脈動を作るようにした燃焼装置。 ２３ 前記一つの固有モード振動が基本モードの
   振動である特許請求の範囲第２２項に記載の燃焼
   装置。 ２４ 前記燃焼空気を入れる機構が前記燃焼管の
   前記一端における開放端音波境界条件を定める前
   記燃焼管の一端であり、燃焼帯域の前記場所が燃
   焼管の前記一端から約Ｌ／４である特許請求の範
   囲第２３項に記載の燃焼装置。 ２５ 前記燃焼空気を入れる機構が前記燃焼管の
   中央領域と連絡しており、燃焼帯域の前記場所が
   そのような機構から約Ｌ／４である特許請求の範
   囲第２３項に記載の燃焼装置。 ２６ 前記燃焼空気を入れる機構が開放端音波境
   界条件を定める前記燃焼管の一端である特許請求
   の範囲第２２項に記載の燃焼装置。 ２７ 前記燃焼空気を入れる機構が音圧振動の振
   幅が零に近くなる前記燃焼管の中央領域と連絡し
   ている特許請求の範囲第２２項に記載の燃焼装
   置。 ２８ 前記燃焼帯域の下流にあつて前記燃焼生成
   物を前記燃焼帯域内の前記音圧と粒子速度の振幅
   の振幅を大きくする場所で冷却する機構を含む特
   許請求の範囲第２２項に記載の燃焼装置。 ２９ 燃えている燃料に燃焼速度を大きくする音
   圧と粒子速度の脈動でそのような脈動のないとき
   に必要なものより少ない燃焼空気を使うことので
   きるようにする脈動を与えながら燃料を連続的に
   燃焼するもので、 所定の長さを有しかつ前記燃焼管が固有縦モー
   ドの音波振動を持続することのできる音波境界条
   件を定める開放両端を有する燃焼管と、 前記燃焼管内に連続燃焼帯域を定め、固有縦モ
   ードの音波振動を励起する特定の場所で熱を発生
   するように燃料と燃料空気を燃す機構を備え、前
   記特定の場所が前記燃焼管内にあつて音圧脈動が
   励起されたモードの音波振動の約1/4周期だけ粒
   子速度脈動より遅れている場所であることを特徴
   とする燃焼装置。 ３０ 粒子速度脈動と音圧脈動が起る領域内で前
   記燃焼帯域の下流で熱を除去することによつて前
   記脈動の振幅を前記燃焼帯域において増幅する機
   構を含む特許請求の範囲第２９項に記載の燃焼装
   置。 ３１ 前記連続燃焼帯域の前記場所が音圧脈動の
   事実上零振幅の上流場所と音圧脈動の最大振幅の
   次の下流場所とのほぼ中間である特許請求の範囲
   第２９項に記載の燃焼装置。 ３２ 前記連続燃焼帯域の前記場所が音圧脈動の
   事実上零振幅の上流場所と音圧脈動の最大振幅の
   次の下流場所とのほぼ中間である特許請求の範囲
   第３０項に記載の燃焼装置。 ３３ 熱除去の前記領域が最大音圧脈動の上流場
   所と事実上零の音圧脈動の次の下流場所とのほぼ
   中間で圧力脈動が粒子速度脈動より進んでいる場
   所に少なくともあるように置かれている特許請求
   の範囲第３２項に記載の燃焼装置。 ３４ 熱除去の前記領域が最大音圧脈動の上流場
   所と事実上零の音圧脈動の次の下流場所とのほぼ
   中間で圧力脈動が粒子速度脈動より進んでいる場
   所に少なくともあるように置かれている特許請求
   の範囲第３０項に記載の燃焼装置。 ３５ 燃料を連続的に燃焼する燃焼装置でありそ
   のような連続的な燃料の燃焼のために燃焼装置内
   に維持される音波振動によつて燃焼する燃料が音
   圧脈動と粒子速度脈動の両方を受けるもので、 固有縦モードの音波振動を維持する燃焼管機構
   と、 前記燃焼管機構内の少なくとも一つの非常に局
   所化された連続燃焼帯域を定め前記燃焼管機構内
   に零より著しく大きいが最大値よりは小さい振幅
   を有する音圧脈動と粒子速度脈動との両方を前記
   燃焼帯域に与える音波振動を励起する燃焼帯域機
   構とを備えた燃焼装置。