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予混合燃焼装置、及び、その火炎制御方法

国内特許コード P140010465
掲載日 2014年4月11日
出願番号 特願2013-137928
公開番号 特開2015-010799
出願日 平成25年7月1日(2013.7.1)
公開日 平成27年1月19日(2015.1.19)
発明者
  • 田辺 光昭
  • 齊藤 允教
  • 秋田 滋文
  • 石井 航太
出願人
  • 学校法人日本大学
発明の名称 予混合燃焼装置、及び、その火炎制御方法
発明の概要 【課題】 電気的なエネルギーを必要とすることなく、 構造が単純で、少ない部品で簡単に製造することができ、しかも、高音条件下で安定に動作可能な予混合燃焼装置、及び、その火炎制御方法を提供する。
【解決手段】
共鳴管41,42を加熱手段(励起バーナー51,52)で局所的に加熱することにより自励振動を発生させ、燃焼空間30に定在音場を形成し、燃焼空間30における火炎に直接定在音場を作用させることによって、上記定在音場の速度振動の腹において発生する圧力波の進行方向に対して垂直方向への二次流れと、火炎に形成される皺を用いて、火炎の保炎を行う。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要



近年、ロケットエンジンやガスタービンエンジンなどでは、排出される窒素酸化物(NOx)が酸性雨や光化学スモッグ等の原因となるので、NOx等の有害排出物を低減するために、予混合燃焼方式が採用されている。





予混合燃焼方式は、火炎温度を抑えながら燃焼が可能なため有害排出物を低減できるのであるが、燃焼の安定範囲の幅が狭く、失火や逆火など不安定な燃焼が問題となる。





火炎の吹き飛びは、予混合気の流速が燃焼速度を上回り、火炎が伝播できないために発生する現象である。したがって、吹き飛びを抑制するためには、予混合気に対し、低速の領域を形成させることが必要不可欠である.





そこで、従来の燃焼器では、例えば、燃料と酸化剤の予混合気にスワーラで強旋回を加えることで生じる逆流領域で保炎している(例えば、特許文献1参照)。





この特許文献1の開示技術のように、燃料と酸化剤の予混合気にスワーラで強旋回を加えることで生じる逆流領域で保炎するのでは、燃焼安定性が向上する一方で、未燃ガスがスワーラを通過するために、圧力損失が生じるという問題がある。圧力損失は、ガスタービン機関にとって、効率に大きく影響するため、できる限り小さい方が望ましい。





また、航空機のアフターバーナ等では保炎器を用いて、保炎器の下流側で生じる再循環領域内で保炎をしている。





このように保炎器を用いる場合、保炎器が火炎にさらされるため、熱による強度の低下などの熱疲労が問題となる。





また、火炎上流の流れ場に振動励起を与えることにより、浮き上がり噴流火炎を変化させ、噴流型燃焼器における燃焼制御を行うことが提案されている(例えば、特許文献2参照)。





この特許文献2の開示技術では、逆流領域を作らず、また火炎制御を目的としており、流速が速いと保炎できない。





近年、ロケットエンジンやガスタービンエンジンなどの高圧連続燃焼を行う噴流型燃焼装置では、高温化にともなう有害排出物の低減と安定燃焼の両特性の確保が必要とされる。





そこで、本件発明者等は、空気と燃料とを予め混合して得た予混合気を燃焼する予混合燃焼装置において、有害排出物の低減と安定燃焼の両特性を確保するために、円筒状の燃焼室内に一対のスピーカを用いた定在音場形成手段により定在音場を形成し、上記燃焼室内で火炎に対して上記定在音場を印加することにより、上記定在音場の速度振動の腹において発生する圧力波の進行方向に対して垂直方向への二次流れと、火炎に形成される皺を用いて、火炎の保炎を行うことを先に提案している(例えば、特許文献3参照。)。





この特許文献3の開示技術では、火炎に直接定在音場を作用させ、火炎に対し乱れを与えることによって吹き飛びを抑制することで、圧力損失を抑えた燃焼を行うことができる。

産業上の利用分野



本発明はロケットエンジンやガスタービンエンジンなどの高圧連続燃焼を行う予混合燃焼装置及び、その火炎制御方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
空気と燃料とを予め混合して得た予混合気を燃焼する予混合燃焼装置において、
少なくとも1つの共鳴管を加熱手段で局所的に加熱することにより自励振動を発生させ、燃焼空間に定在音場を形成する定在音場形成手段を備え、
上記燃焼空間で火炎に対して上記定在音場を印加することにより、上記定在音場の速度振動の腹において発生する圧力波の進行方向に対して垂直方向への二次流れと、火炎に形成される皺を用いて、火炎の保炎を行うことを特徴とする予混合燃焼装置。

【請求項2】
上記定在音場形成手段は、それぞれ加熱手段で局所的に加熱される一対の共鳴管を備え、上記一対の共鳴管の開口部を対向させた空間を上記燃焼空間とし、上記一対の共鳴管を局所的に加熱することにより自励振動を発生させて、上記一対の共鳴管を共鳴させることにより、上記燃焼空間に定在音場を形成することを特徴とする請求項1記載の予混合燃焼装置。

【請求項3】
上記加熱手段として、上記共鳴管内に設けられたバーナーを備えることを特徴とする請求項2記載の予混合燃焼装置。

【請求項4】
上記加熱手段として、上記燃焼空間で予混合気を燃焼させることにより発生した熱を上記共鳴管の局所的な加熱領域に伝達する熱伝達部材を備える請求項2記載の予混合燃焼装置。

【請求項5】
空気と燃料とを予め混合して得た予混合気を燃焼する予混合燃焼装置における火炎制御方法であって、
少なくとも1つの共鳴管を局所的に加熱することにより自励振動を発生させ、上記共鳴管を共鳴させることにより、燃焼空間に定在音場を形成し、上記燃焼空間で火炎に対して上記定在音場を印加することにより、上記定在音場の速度振動の腹において発生する圧力波の進行方向に対して垂直方向への二次流れと、火炎に形成される皺を用いて、火炎の保炎を行うことを特徴とする火炎制御方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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