(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの加圧流体複合物が内部で反応して制御された連続する一連の脈動的な爆発または爆轟を生み出す反応チャンバを備え、それぞれの爆発または爆轟の後に、反応が起こらない間隔が続く、バーナシステムであって、
ａ）前記バーナシステムの構成要素は、それぞれの爆発または爆轟が開始された後に、
i）前記爆発または爆轟によって生み出される衝撃波のエネルギの小部分が前記少なくとも２つの流体複合物の前記反応チャンバ内への流れを一時的に妨げ、それにより、前記間隔をもたらすとともに、
ii）前記衝撃波における前記エネルギの残りの部分が前記反応チャンバの内壁にぶつかり、それにより、前記内壁が赤外放射線を発する、
ような形状および寸法を有し、
ｂ）前記反応チャンバの前記内壁は、前記間隔の終わりに前記反応チャンバ内へ流れて該チャンバを再充填した前記少なくとも２つの流体複合物のその後の爆発または爆轟を前記赤外放射線が開始する前記反応チャンバ内の位置へ向けて前記赤外放射線が方向付けられて前記位置で前記赤外放射線が集束されるような形状および寸法を有する、
バーナシステム。
【請求項２】
ａ）予熱されて加圧された少なくとも２つの流体複合物を導入するようになっている２つ以上の入口と、
ｂ）前記入口のそれぞれに接続される１つの入口チャンバであって、各前記入口チャンバが、該チャンバに入る複合物が他の複合物と混合するのを防止するようになっている入口チャンバと、
ｃ）前記入口チャンバのうちの少なくとも２つから前記複合物を一端で受けるようになっている１つの長い小径の摩擦チャネルと、
ｄ）前記摩擦チャネルを通じて流れる前記複合物を受けるために前記摩擦チャネルの第２の端部に入口端が接続されるようになっている１つの反応チャンバと、
ｅ）爆発または爆轟で生成される生成物を前記反応チャンバから離れるように導くために前記反応チャンバの出口側に接続されるようになっている１つ以上の出口チャネルと、
ｆ）前記バーナシステムの動作を開始するようになっている点火システムと、
を備える、請求項１に記載のバーナシステム。
【請求項３】
圧縮された複合物の圧力、ならびに、前記摩擦チャネルの内部断面積および内面の表面特性が、前記摩擦チャネルを通じた前記反応チャンバ内への前記複合物の加圧された高速の自由な前方流を可能にするようになっているとともに、前記反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟の非常に高速な波面のための十分に高いガス摩擦を生み出して、前記波面が前記摩擦チャネルを通じて前記入口チャンバに逆行することを防止すようになっており、それにより、前記爆発または爆轟の波面に抗して前記摩擦チャネルを十分に塞ぎ、その結果、前記反応チャンバへ向かう前方への圧縮複合物の流れの連続的な繰り返し中断を引き起こし、それにより、加圧される前記複合物の連続的な繰り返し脈動を前記反応チャンバ内に形成することができ、その結果、連続的に繰り返す脈動的な爆発または爆轟を前記反応チャンバ内で起こすことができる、請求項２に記載のバーナシステム。
【請求項４】
前記反応チャンバの内部形状が、前記反応チャンバ内へ流れる複合物の経路を含む特定の位置に前記反応チャンバの内面の形状によって決定され制御される形態の熱放射線を、反射して集束させるように構成され、それにより、前記複合物を加熱して前記反応チャンバ内の特定のポイントで前記複合物を点火するのに十分に高い温度に結果的に到達する、重なり合う赤外放射線の特定の領域を形成し、したがって、特定量の複合物が前記反応チャンバに入った後に爆発または爆轟が開始される、請求項３に記載のバーナシステム。
【請求項５】
前記反応チャンバの入口側における内部形状が円錐であり、中央における内部形状が略円筒状であり、出口側における内部形状が半球状である、請求項３に記載のバーナシステム。
【請求項６】
第１の反応チャンバの出口端上にわたって嵌着される二次反応チャンバを備え、
前記二次反応チャンバには、少なくとも２つの予熱され圧縮された流体複合物が入口および摩擦チャネルを通じて供給され、
前記第１の反応チャンバおよび前記二次反応チャンバは、前記二次反応チャンバに入る前記複合物が前記第１の反応チャンバ内での第１の反応で形成された高温ガスの波面によって点火された後に爆発されあるいは爆轟されるように互いに接続される、請求項１に記載のバーナシステム。
【請求項７】
前記反応チャンバおよび前記出口チャネルを覆う前記システムの外壁の少なくとも一部が、前記反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟によって形成される脈動的な圧力波のエネルギにより加熱されるべき媒体によって取り囲まれる又はさもなければ前記媒体に接触する熱交換器、として適合され、
前記エネルギが、前記波と前記反応チャンバの内壁との衝突時に、前記熱交換器を介して前記媒体へ伝えられる、請求項２または請求項６のいずれか一項に記載のバーナシステム。
【請求項８】
部分的に円錐形状の拡張チャンバを最後の反応チャンバの出口端に取り付けることによってリニアエンジンとして機能するようになっており、
前記拡張チャンバには、チャネルを通じて流体を前記拡張チャンバに供給するようになっている入口が設けられ、
前記システムが、１または複数の前記反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟のエネルギが前記拡張チャンバの壁を加熱することにより前記流体を急速に蒸発させるために、使用されるようになっている、請求項１、２、６のいずれか一項に記載のバーナシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の少なくとも１つのバーナシステムの前記反応チャンバの外部壁を少なくとも画定する内部壁を備える熱交換器。
【請求項１０】
熱交換器の効率を高める方法であって、
ａ）前記熱交換器を前記熱交換器が反応チャンバと共通の壁を有するように適合させるステップであって、前記壁が前記熱交換器の内壁および前記反応チャンバの外壁として機能するステップと、
ｂ）前記反応チャンバ内への少なくとも２つの加圧流体複合物の流れを引き起こすステップと、
ｃ）前記流体複合物間で反応を開始して制御された連続する一連の脈動的な爆発または爆轟を生み出すステップであって、それぞれの爆発または爆轟の後に反応が起こらない間隔が続く、ステップと、
ｄ）前記爆発または爆轟によって生み出される衝撃波の波面がそこから伝搬して前記反応チャンバの内壁に衝突する位置で前記爆発または爆轟を引き起こすことにより、熱交換プロセスの性能を低下させる境界層の形成を防止するステップと、
を備え、
それにより、前記爆発または爆轟によって直接にもたらされる熱、および、前記内壁との衝突時に前記波面の負の加速によってもたらされる運動エネルギにより発生される熱の両方を、前記反応チャンバから前記熱交換器にそれらの間で共通の壁を通じて伝えることができる、
方法。
【請求項１１】
前記爆発または爆轟が赤外放射線の使用によって維持される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記爆発または爆轟の頻度が前記流体複合物の圧力を調整することにより制御される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応チャンバ内での加圧された複合物の連続的な繰り返し脈動の形成が、前記複合物の圧力ならびにチャネルの内部断面積および内面の表面特性を適合させることによって実現され、前記チャネルを通じた前記反応チャンバ内への前記複合物の加圧された高速の自由な前方への流れを可能にするとともに、前記反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟の非常に高速な波面が前記チャネルを後方へ通過することを防ぐために十分に高いガス摩擦を生み出して、前記チャネルを通じて前記複合物が前記反応チャンバに入り、それにより、前記反応チャンバへ向かう前方への圧縮複合物の流れの連続的な繰り返し中断を引き起こし、その結果、前記爆発または爆轟の波面に抗して前記チャネルを十分に塞ぎ、それにより、連続的に繰り返す脈動的な爆発または爆轟を前記反応チャンバ内で起こすことができる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応チャンバが、請求項１、２、６のいずれか一項に記載のバーナシステムの構成要素である、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナシステムおよび熱交換器の分野に関する。具体的には、本発明は、蒸気生成に使用される熱交換器および熱エネルギを一方の媒体から他方の媒体へ交換するために熱変換器を使用する他のシステムへの、発熱反応で生成される熱エネルギの伝達を向上させることができる新規な構造のバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な目的のため、燃料および空気または他の複合物が反応して、熱の形態を成す自由エネルギを生み出す。これは、通常、燃焼部としてのバーナまたは燃焼チャンバと、そのようにして得られる熱エネルギを利用する熱交換器とを用いて行なわれる。一例として、多くの発電所では、燃料が燃焼され、熱交換器を用いて熱エネルギから熱水または蒸気が生成される。システム全体は、しばしば、‘ボイラ’と呼ばれる。この蒸気は、その後、タービンを駆動させて電気を生成するために使用される。（例えば発電所のための）そのようなバーナおよび／またはボイラの効率を高めることにより、電力出力を減少させることなく、燃料消費量を減少することができる。バーナ効率および／または熱交換器効率またはボイラ効率を高めることにより、そのような発電所の全効率あるいはいわゆる「システム効率」が高められ、コストが節減されるとともに、二酸化炭素の量が減少され、生成される過剰な熱が減少される。バーナ効率、熱交換器効率、および／または、ボイラ効率を高めることにより、（通常の燃料と比べて）低いエネルギ値（しばしば、不正確に、‘低発熱値’と称される）を有する燃料または複合物を使用することもできるとともに、高エネルギ含量燃料と同じ効率がもたらされる。したがって、さもなければ廃棄される生成物を燃料として使用できる。
【０００３】
本発明では、幾つかの物理的効果が利用される。この場合、これらの効果は、望ましい結果を得るために特定の組み合わせで使用される。これらの物理的効果を最初に説明することにより、本発明を非常に容易に理解することができる。以下、これらの効果について互いに無関係に簡単に説明する。
【０００４】
伝搬速度および膨張速度
２つの複合物（例えば燃料および空気中の酸素）が化学的に反応すると、これらの２つの複合物間の反応は、ある特定の伝搬速度を有する。最も良く知られているのは、空気の形態の酸素を伴うオクタンの特定の伝搬速度である。それは、オクタン価１００として知られており、他の同様の伝搬速度の比較として使用される。車用のガソリンにおけるオクタン価系はこの速度に基づいており、したがって、それはガソリンスタンドでの日々の使用から良く知られている。反応の複合物の圧力を増大することにより、伝搬速度が増大し、したがって、反応の完了時間が減少する。伝搬速度は、圧力の増大にわたって指数関数的に増大する。この関連で、伝搬速度は、重要な反応での複合物の圧力であり、伝搬速度に直接に影響を及ぼさない供給圧力ではない。圧力が増大され、それに応じて反応時間が減少されると、同じエネルギ量が非常に短い時間で解放される。２つの複合物の反応が０．１秒の時間（一例として）を要する場合には、エネルギがこの時間内に解放され、それに応じて、形成される複合物またはガスの量が、特定の圧力および複合物に関連付けられるある特定の時間で増大する。膨張するために必要とされる時間は、それぞれの混合物および圧力においても固有であり、反応複合物の圧力および量または質量の同じパラメータを用いて反応が起こるたびに依然として同じままである。同じ複合物は、常に、（同じ圧力下でかつ同じ量を用いると）同じ時間内に反応する。先の例では、０．１秒である（この規則の例外は、多量の反応しない複合物との混合物である）。
【０００５】
燃料ガスと空気との混合物の容積が、反応中に、特定の熱容量、混合物の密度等にも依存する混合物の特定の反応時間で（単なる一例として１０ｃｍ３から１０００ｃｍ３へと）膨張している場合には、反応中の複合物の圧力が増大されるときに、ガスが非常に短い時間で膨張する。したがって、結果として生じるガス（複合物の反応中に形成される）は、反応が反応時間に間接的に比例しており、したがって、反応が反応中の複合物の圧力にも直接に比例している最中またはその後に膨張する。
【０００６】
圧力の増大により、複合物の反応中および反応後に形成されるガスの膨張速度が増大する。複合物の圧力が十分に高い場合には、複合物が非常に速く反応するため、複合物が爆発しあるいは爆轟する。「爆轟」の定義は、「爆発」における定義よりも一般的である。両者（爆発および爆轟）は、音速を上回る反応での生成物の膨張速度との反応のことである。
【０００７】
火炎前面伝搬
通常、燃焼プロセスにおいて、複合物は、複合物が反応する前に、複合物が反応するポイントへ向けて流れる。このポイントは、火炎の起点と見なすことができる。複合物が同じ速度（ｍ／秒）で火炎の起点へ向けて流れている場合には、反応が反応ポイントから離れた後、人の目には、火炎が依然として特定のポイントに立ったままに見える。実際には、複合物の一方向の一定の流れあるいは移動が存在し、また、反対方向に火炎前面の一定の流れあるいは移動が存在する。複合物のそれぞれの混合物は、混合物のそれぞれの圧力ごとに、混合物自体の特定の火炎速度を有する。火炎が複合物へ向けて移動している場合には、それがプラスと呼ばれ、複合物が供給されるポイントから火炎前面が離れて移動している場合には、それがマイナスと呼ばれる。火炎のマイナス移動（通常は、複合物の流速の増大に起因する）により、火炎が崩壊する。
【０００８】
火炎前面伝搬および混合物の反応速度
反応することができかつ反応することになっている複合物の圧力を増大させると、反応速度が増大する。それに伴って、火炎伝搬速度も増大する。一例として、メタンと酸素との混合物は、圧力に伴って混合物の反応速度を増大させる。反応速度のこの増大は、反応の圧力に対して指数関数的である。しかしながら、反応の複合物が反応に関与しないまたは関与できないあるいは他の反応を形成する他の複合物と混合される場合には、火炎伝搬速度が実際には減少する。メタンと酸素との間の化学反応の例を考慮して、他の複合物が存在する場合（例えば、メタンは５０重量パーセント二酸化炭素のガス混合物の一部であり、酸素はほぼ２３．１５１重量パーセントの天然空気の一部である）には、反応まで進む材料の総量を形成する材料のたった約２５重量パーセントがこの反応に関与できる。他の複合物は、それらが物理的に酸素分子とメタン分子との間の状態にあるため、化学反応を実際には妨げており、したがって、それらが互いに到達して反応することが防止される。複合物の圧力を増大させることにより、この効果が増大し、火炎伝搬速度が減少する。また、複合物の圧力を増大することにより、バッファ材料の密度が増大し、したがって、化学的に反応できる複合物をあまり通すことができなくなることは明らかである。この効果は、火の伝搬を減速させあるいは更には火が更に広がるのを妨げる大きな建物における防火ドアと比較され得る。そのような防火ドアは、通常は、防火ドアが火の広がりを遅らせることができる時間にしたがって分類される。
【０００９】
ガスの膨張速度にしたがったガスの膨張する様子の変化
膨張、爆燃、爆発、および、爆轟という用語は全て、通常は複合物の化学反応または物理反応によって形成されるガスの反応、つまりガスの膨張の、ガスが膨張している速度に対する、様子に関係している。反応および膨張の速度の増大に伴って、ガスが膨張する態様が変化する。比較的低い亜音速でガスが均一に膨張する。爆発または爆轟によって形成されるガスは、異なる密度分布を有する。後者の場合、膨張塊の薄い球状または部分的に球状の外層（通常は「衝撃波」または「爆風波」と称される）は、爆発または爆轟の開始点に対して測定される外層の前方のガス、特に背後のガスよりもかなり高い密度を有する。「衝撃波」の背後のガスは、一般に、低い圧力または真空を有すると考えられる。（球状または部分的に球状の波面が壁と衝突して、波面の塊が負の加速によって進行するときの）壁における爆発または爆轟からの波面の圧力は、反応が始まる時点でのこれらの複合物の平均圧力よりもかなり高い。言い換えると、球状にあるいは部分的に球状に膨張するガス中のエネルギの量は、これらのガスの全体にわたって均一に分布されず、「衝撃波面」では外側で最も高い。
【００１０】
ガス摩擦または流体抵抗および速度によるガス摩擦または流体抵抗の増大
「流体抵抗」とも呼ばれる摩擦は、加圧ガスがパイプまたはパイプと同様の系を通じて流れるときに形成される。このガス摩擦または流体抵抗は、圧力に伴っておよび速度に伴って指数関数的に増大する。これは、パイプを通過するガスまたは流体の分子または原子とパイプの分子または原子との機械的な衝突として最も良く理解することができる。衝突する分子または原子は、流れの中へ投げ返され、それらが閉塞をもたらすまで自由流れを乱す衝突によって投げ返される結果として流れパターンを形成する。また、これは、多車線の幹線道路およびこの幹線道路上を一方向で走行する車とも比較され得る。数台の車が車線の外側で障害物と散発的に衝突する場合には、それらの車は、車線の方へと勢いよく戻され、後続の車との更なる衝突を引き起こす。速度が増大される場合には、損傷がかなり大きくなる。したがって、障害物に高速で激突する車が流れの中へと更に勢いよく戻されることは明らかである。また、車の密集状態（流れ）または数が増大されて、多くの車が互いに前後にある場合には、そのような衝突によって流れが境界で更に分断される。最後に、幹線道路が更に狭くなる場合には、幹線道路の脇で衝突が起こると、自由な流れの妨げも増大することになる。それぞれの特定のガス流ごとに）ガス流の組成、温度、および、圧力にしたがって）異なる特定の速度では、ガス摩擦または流体抵抗が非常に高く、そのため、それ以上ガスがパイプを通過できない。この場合、ガスは、ガス摩擦または流体抵抗によって流れが阻止される。
【００１１】
境界層
固体表面では、境界層が形成する可能性があり、また、境界層が形成される。例えば、ガス流が固体表面上にわたって流れる場合には、固体表面に最も近いガスの分子がそれらの流れ経路を変える（固体材料の表面構造に起因して）。また、比較的冷たい固体表面上にわたって高温ガスが流れている場合（乱流であるかあるいは層流であるかどうかを問わず）には、ガスは、その熱エネルギの一部を固体表面に伝え、したがって、その特性、主にその温度、副次的にはその密度、したがって体積を変え、それにより、異なる流れ特性を有する層（固体表面とガス流の主部との間の「境界層」とも称される）を形成する。ガスが熱エネルギを固体へと熱交換器で伝えなければならない場合には、これらの境界層が、（大抵は望ましくないが）バッファを固体壁とガス流の主部との間に形成し、これにより、熱伝達の効率がかなり低下する。
【００１２】
また、高温ガスまたは温かいガスの流れが熱交換器の比較的冷たい表面上にわたって乱流または層流の態様で流れている場合には、エネルギの交換が、高温ガスを冷やし、したがって、高温ガスの流れパターンも変える。また、エネルギの交換は、熱交換器の壁と今しがたエネルギを交換したガスの他方側にあるガスが更に熱くなり、したがって、これらのガスが、再び、熱交換器の壁と今しがたそれらの熱エネルギを交換したガスを加熱するという自然の効果ももたらす。したがって、高温ガスを熱交換器の比較的冷たい壁上にわたって流すことにより熱交換するプロセスは、エネルギ伝達の減少をもたらすパターンを形成する。冷たいガスと温かいガスとの間のエネルギ交換の作用により、隣りの層との温度差が小さい層の形成に起因して、層流または乱流のガス流との熱交換の効率が低下する。
【００１３】
他の重要なポイントは、高温ガスと固体表面との間の温度差の連続的な減少である。公称温度がその中央で測定される高温ガスの流れは、固体表面に対して特定の温度差を有する。この温度差が高ければ高いほど、可能な熱交換率が高くなる。しかしながら、境界層は、固体表面と既に熱を交換してしまっており、したがって、ガス流の熱い領域と冷たい固体表面との間で（絶縁体のように）低温のバッファとして作用するガスの層を形成する。そのため、高温ガス流と冷たい固体表面との間の温度差を熱交換に使用することができず、境界層の分子（主ガス流よりも低い温度を有する）と固体表面との間の温度差はかなり小さい。
【００１４】
境界層のこの作用を克服するために、しばしば、高温ガスの（層流ではなく）乱流が使用される。高温ガスは、乱流状態で流れており、したがって、固体表面に対する境界に形成している層を交換して該層に取って代わることができる。しかしながら、高温ガスの層流ではなく乱流を使用すると、熱伝達を行なうためにより多くの時間が必要になる。このことは、乱流によって覆われる表面が同じ時に層流によって覆われる表面よりも大きいことを意味する。したがって、熱交換が行なわれる活性表面は、境界層のような作用が存在しなかった場合に必要となるよりも大きくなければならず、そのため、熱がより大きい表面にわたって拡散される。したがって、直接的な結果として、利用できる温度も減少し、同じ量のエネルギがより大きな表面を加熱しなければならない。正味の熱伝達は層流を用いる場合よりも乱流を用いる場合の方が効率が良いとはいえ、いずれの場合にも、熱の一部しか伝えることができない。
【００１５】
上記で説明したようなこれらの効果により、一般に、燃焼または焼却において生成されるガスの温度が高ければ高いほど、システムの全体の効率が良くなると言える。これは、システムが燃焼または焼却の一次温度に依存しているからではなく、前述した効果が、固体表面上にわたる高温ガスの流れ（層流であろうと乱流であろうと）に依存する従来の熱交換器を用いて高い熱量を得ることを不可能にするからにすぎない。
【００１６】
米国特許第６，５５５，７２７号（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｌ．Ｚｅｔｔｎｅｒ）から、複合物が加圧下で供給されて「爆発のように」非常に急速に反応するバーナ概念が知られている。この概念において、火炎は、中断されて不連続な態様で燃焼せず、明らかに連続的に燃焼する。加圧下で動作するバーナは、火炎前面の中断の問題を扱わなければならず、そのため、この問題を克服するために多くの機構が発明されてきた。例えば、米国特許第５，１３１，８４０号（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｌ．Ｚｅｔｔｎｅｒ）は、火炎前面の中断を防止するための方法を提供する。
【００１７】
いわゆる「パルス・デトネーション・エンジン」は７０年を超える期間にわたって知られてきており、その幾つかが製造されて検査されてきた。最も有名なのは、ドイツの「Ｖ１飛行爆弾」のためのエンジンとして使用された「Ａｒｇｕｓ  ＡＳ  １０９−０１４  ｐｕｌｓｅ  ｊｅｔ  ｅｎｇｉｎｅ」であった。このエンジンは、爆発または爆轟の波面の後方移動を防止するために機械的なバルブまたはシャッタを有しており、周波数として約５０Ｈｚに達した。このエンジンは、熱も、脈動的な爆発または爆轟の摩擦も利用しなかった。更に近代的な形式では、大幅に改良された「Ｒｕｔａｎ  Ｌｏｎｇ」型ＥＺ、および、米国の軍需産業でのＤＡＲＰＡ  Ｆａｌｃｏｎプロジェクトに関連する幾つかの実験がある。また、これのケースでは、２００Ｈｚの周波数にしか達せず、爆轟の周波数を制御するために機械的な手段が使用される。
【００１８】
１９６５年からのＳｈｃｈｅｌｋｉｎ「Ｇａｓ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ」のような刊行物、または、Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ等を参照する最近の刊行物、例えば、テキサス大学アーリント校Ｐａｎｉｃｋｅｒ，Ｐｈｉｌｉｐ（２００７）「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＤＤＴ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓ  ｂｙ  Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ  Ｓｐｉｒａｌｓ」およびテキサス大学アーリント校Ｌｕ，Ｆ．Ｋ．；Ｍｅｙｅｒｓ  Ｊ．Ｍ．；Ｗｉｌｓｏｎ，Ｄ．Ｒ．（２００７）「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ａ  ｐｕｌｓｅ  ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  ｒｏｃｋｅｔ  ｗｉｔｈ  Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ  Ｓｐｉｒａｌ」から、波面の逆流を減少させるあるいは最小限に抑えるためにパルス・デトネーション・エンジンにおいてガス摩擦または抗力を増大させるための手段が存在することが知られる。しかしながら、これらの手段は、波面を完全に停止させるように設計されておらず、また、爆轟の脈動を制御するための手段でもない。Ｐｈｉｌｉｐ  Ｐａｎｉｃｋｅｒの刊行物は、スライド１５／２７で、供給用の「３方ロータリーバルブ」を示しており、また、同じページで、ロータリーバルブのスプリング作動の逆流バルブも示している。Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ  Ｓｐｉｒａｌは、それが爆発または爆轟の波面の逆流中で立っていなければならないという事実に起因して、非常に短い時間で崩壊し、したがって、爆発または爆轟の波面から極端な負の加速と熱とを受ける。これらの極端な力は、Ｐｈｉｌｉｐ  Ｐａｎｉｃｋｅｒの所見および彼が前述した刊行物で公開した写真によれば、数秒の動作後にスパイラルを破壊する。Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ  Ｓｐｉｒａｌは、点火ポイントと出口との間に位置しており、したがって、爆発または爆轟の波面を遮断する。Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ  Ｓｐｉｒａｌの役目は、脈動効果をもたらすことでは決してなく、あるいは、爆発または爆轟からの波面の逆流を防止することではない。
【００１９】
本発明の目的は、制御された連続する脈動的な爆発または爆轟を使用して、熱交換器の効率を高めるために容易に利用され得る圧力波を形成することにより、非常に高い温度で全ての種類の燃料の‘準連続燃焼’を可能にするバーナシステムを提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、火炎の中断に依存するとともに、熱交換器の壁への熱伝達を高めるために火炎を吹き出す爆発または爆轟の効果を使用するバーナシステムを提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、いかなる可動部および／またはバルブも伴わずに動作するバーナシステムを提供することである。
【００２２】
本発明の更なる目的および利点は、説明が進行するにつれて明らかになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第６，５５５，７２７号
【特許文献２】米国特許第５，１３１，８４０号
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】テキサス大学アーリント校Ｐａｎｉｃｋｅｒ，Ｐｈｉｌｉｐ（２００７）「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＤＤＴ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓ  ｂｙ  Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ  Ｓｐｉｒａｌｓ」およびテキサス大学アーリント校Ｌｕ，Ｆ．Ｋ．；Ｍｅｙｅｒｓ  Ｊ．Ｍ．；Ｗｉｌｓｏｎ，Ｄ．Ｒ．（２００７）「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ａ  ｐｕｌｓｅ  ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  ｒｏｃｋｅｔ  ｗｉｔｈ  Ｓｈｃｈｅｌｋｉｎ  Ｓｐｉｒａｌ」
【発明の概要】
【００２５】
第１の態様において、本発明は、少なくとも２つの流体複合物を非常に高い温度で反応させて制御された連続する脈動的な爆発または爆轟をもたらすためのバーナシステムである。脈動的な爆発または爆轟が開始された後に、方向性のある制御された赤外放射線の使用によって爆発または爆轟が維持される。
【００２６】
本発明のバーナシステムは、
ａ）予熱されて加圧された少なくとも２つの流体複合物を導入するようになっている２つ以上の入口と、
ｂ）入口のそれぞれに接続される１つの入口チャンバであって、前記各入口チャンバが、該チャンバに入る複合物が他の複合物と混合するのを防止するようになっている入口チャンバと、
ｃ）入口チャンバのうちの少なくとも２つから複合物を一端で受けるようになっている１つの長い小径の摩擦チャネルと、
ｄ）摩擦チャネルを通じて流れる複合物を受けるために摩擦チャネルの第２の端部に入口端が接続されるようになっている１つの反応チャンバと、
ｅ）爆発または爆轟で生成される生成物を反応チャンバから離れるように導くために前記反応チャンバの出口側に接続されるようになっている１つ以上の出口チャネルと、
ｆ）バーナシステムの動作を開始するようになっている点火システムと、
を備える。
【００２７】
圧縮された複合物の圧力、ならびに、摩擦チャネルの内部断面積および内面の表面特性は、摩擦チャネルを通じた反応チャンバ内への複合物の加圧された高速の自由な前方流を可能にするようになっているとともに、反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟の非常に高速な波面のための高いガス摩擦を生み出して、波面が摩擦チャネルを通じて入口チャンバへと逆行することを防止すようになっている。このようにすると、摩擦チャネルは、爆発または爆轟の波面に抗して十分に塞がれる。これは、反応チャンバへ向かう前方への前記圧縮複合物の流れの連続的な繰り返し中断を引き起こすとともに、加圧される複合物の連続的な繰り返し脈動を反応チャンバ内に形成することができる。これにより、連続的に繰り返す脈動的な爆発または爆轟を反応チャンバ内で起こすことができる。
【００２８】
反応チャンバの内部形状は、反応チャンバの内面の形状によって決定され、したがって制御される形態の熱放射線を、反応チャンバ内へ流れる複合物の経路へと反射して集束させるように構成される。これにより、反応チャンバ内の特定のポイントで複合物に点火するのに十分に高い温度を有する重なり合う赤外放射線の特定の領域が形成され、したがって、特定量の複合物が反応チャンバに入った後に爆発または爆轟が開始される。
【００２９】
本発明のバーナシステムの実施形態では、反応チャンバの入口側における内部形状が円錐であり、中央における内部形状が略円筒状であり、出口側における内部形状が半球状である。
【００３０】
バーナシステムの実施形態は、第１の反応チャンバの出口端上にわたって嵌着される二次反応チャンバを備える。二次反応チャンバには少なくとも２つの予熱されて圧縮された流体複合物が入口および摩擦チャネルを通じて供給され、第１の反応チャンバおよび二次反応チャンバは、二次反応チャンバに入る複合物が第１の反応チャンバ内での第１の反応で形成された高温ガスの波面によって点火された後に爆発されあるいは爆轟されるように互いに接続される。
【００３１】
バーナシステムの実施形態において、反応チャンバおよび出口チャネルを覆うシステムの外壁の少なくとも一部は、反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟によって形成される脈動的な圧力波のエネルギにより加熱されるべき媒体によって取り囲まれる熱交換器として適合される。このエネルギは、波と反応チャンバの内壁との衝突時に、熱交換器を介して媒体へ伝えられる。
【００３２】
本発明のバーナシステムは、部分的に円錐形状の拡張チャンバを最後の反応チャンバの出口端に取り付けることによってリニアエンジンとして機能するように適合させることができる。拡張チャンバには、流体をチャネルを通じて拡張チャンバに供給するようになっている入口が設けられ、また、システムは、１または複数の反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟のエネルギが蒸発チャンバの壁を加熱することにより流体を急速に蒸発させるために使用されるようになっている。
【００３３】
他の態様において、本発明は、本発明の第１の態様に係る少なくとも１つのバーナシステムの少なくとも反応チャンバを画定する壁を備える熱交換器である。
【００３４】
他の態様において、本発明は、燃焼反応のための反応チャンバを画定する壁を備える熱交換器の効率を高める方法である。この方法は、非常に高い温度の少なくとも２つの加圧流体複合物の制御された連続する脈動的な爆発または爆轟を開始して維持するステップを備える。
【００３５】
本発明の方法の実施形態では、爆発または爆轟が赤外放射線の使用によって維持される。
【００３６】
本発明の方法の実施形態では、爆発または爆轟の頻度が流体複合物の圧力を調整することにより制御される。
【００３７】
本発明の方法の実施形態において、反応チャンバ内での加圧された複合物の連続的な繰り返し脈動の形成は、複合物の圧力ならびにチャネルの内部断面積および内面の表面特性を適合させることによって可能にされ、チャネルを通じた反応チャンバ内への複合物の加圧された高速の自由な前方流を可能にするとともに、反応チャンバ内で起こる爆発または爆轟の非常に高速な波面のための高いガス摩擦を生み出して、波面がチャネルを通過することを防止するべく、チャネルを通じて複合物が反応チャンバに入る。これにより、反応チャンバへ向かう前方への圧縮複合物の流れの連続的な繰り返し中断が引き起こされ、その結果、爆発または爆轟の波面に抗してチャネルを十分に塞ぎ、それにより、連続的に繰り返す脈動的な爆発または爆轟を反応チャンバ内で起こすことができる。
【００３８】
本発明の方法の実施形態では、反応チャンバが本発明の第１の態様に係るバーナシステムの構成要素である。
【００３９】
本発明の方法の実施形態において、反応チャンバは、二次反応チャンバを含む本発明の第１の態様に係るバーナシステムの構成要素である。
【００４０】
本発明の前述した特徴および他の特徴ならびに利点の全ては、添付図面を参照して以下の例示的で非限定的な本発明の実施形態の説明によって更に理解できる。図中、時として、異なる図中の同じ要素を示すために同じ符号が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の方法を実施するように設計された従来技術の反応チャンバの基本的な実施形態を概略的に示す図である。
【図２】本発明の反応チャンバの基本的な実施形態を概略的に示す図である。
【図３】点火プラグを収容する更なるチャンバを備える図２に示される実施形態と同様の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】複数の入口、入口チャンバ、および、摩擦チャネルを備える反応チャンバの一実施形態を概略的に示す図である。
【図５】爆轟または爆発による衝撃波が摩擦チャネルを通じて逆行できる距離がどのように制限されるのかを明らかにする図４に示される実施形態と同様の実施形態を概略的に示す図である。
【図６】反応チャンバの端部に与えられる特別な形状によって引き起こされる効果を象徴的に示す図である。
【図７】反応チャンバが幾つかの小さい出口チャネルを備える反応チャンバの一実施形態を概略的に示す図である。
【図８】図７に示される実施形態の出口チャネルを示す反応チャンバの概略的な端面図である。
【図９】反応チャンバが熱交換器に組み込まれる本発明の一実施形態を概略的に示す図である。
【図１０】二次反応チャンバが後続する第１の反応チャンバまたは一次反応チャンバを備える本発明の一実施形態を概略的に示す図である。
【図１１】図１０に示される実施形態がエンジンとして使用されるようになっている本発明の一実施形態を概略的に示す図である。
【図１２】図１０に示される実施形態がエンジンとして使用されるようになっている本発明の一実施形態を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は、２つ以上の複合物間、例えば燃料と空気との間で更に高い反応温度に達するために複合物を焼く、燃焼させる、あるいはさもなければ、反応させるための方法を扱う。同時に、本発明は、熱エネルギの解放からの水、蒸気、または、他の材料を加熱するためにバーナまたは他の装置に接続される熱交換器またはシステムの効率を高める方法に関する。本発明は、主に、蒸気生成に使用される熱交換器の改良に関するが、熱エネルギを一方の媒体から他方の媒体へ交換するために発熱反応に関連して熱交換器を使用する他のシステムの改良に関するものでもある。
【００４３】
本発明は、連続的な流れではなく制御された連続する脈動的な爆発または爆轟を使用して、それにより、熱交換器効率を高めるために容易に利用され得る脈動的な圧力波を形成することにより、非常に高い温度での流体の‘準連続燃焼’を可能にする、バーナシステムを提供する。本発明によって達成される燃焼または焼却の脈動は、脈動的な爆轟または爆発に関連しない。燃焼または焼却の自然な脈動は、火炎が一方の分子から他方の分子へとあるいは一方のガスバッチから他方のガスバッチへと伝搬する態様の結果である。また、本発明のバーナシステムは、本発明のシステムが可動部およびまたはバルブを何ら備えていないという点で、いわゆるパルス・デトネーション・エンジンとも異なる。
【００４４】
図１は、米国特許第５，１３１，８４０号および米国特許第６，５５５，７２７号に既に記載されるバーナシステムのための基本的な実施形態を示す。内部構造を明らかにするためにバーナの１／４が長さに沿って切断されている。左側端部には、加圧された複合物のうちの１つ、例えば燃料ガスのための入口（１）がある。入口（１）の隣りには、加圧された第２の複合物、例えば酸化剤としての空気のための他の入口（２）がある。加圧された両方の複合物は別個の入口チャンバ（３）および（４）内へ導入される。入口チャンバ（４）の前部に接続される注入針（４’）は、複合物をチャネル（５’）内へ直接に導いて、複合物の混合がチャネルの外側で起こらないようにする。加圧された複合物はチャネル（５’）を通じて流れて反応チャンバ（７’）に入り、該チャンバにおいて、これらの複合物がソケット（１３’）内に配置される点火プラグによって点火される。加圧された複合物が反応した後、これらの複合物は他の複合物を形成し、他の複合物は、反応チャンバ（７’）からその開放端を通じて出て、出口チャネル（９’）を通じてバーナから抜け出る。
【００４５】
図２は、本発明のバーナシステムの基本的な実施形態を示している。図１に示される従来技術のバーナとの大きな違いは、摩擦チャネル（５）がチャネル（５’）よりも長くチャネル（５’）よりも小さい直径を有するとともに、反応チャンバ（７）が非常に特有の形状をした閉じられた構造であるという点である。具体的には、反応チャンバ（７）が摩擦チャネル（５）に接続する反応チャンバ（７）の入口側（１０）では、反応チャンバの内壁が意図的に円錐内側形状となり、また、反応チャンバ（７）が出口チャネル（９）に接続する出口側（１１）では、反応チャンバ（７）の内面が半球形状となる。これらの変更により、２つの複合物間の反応を従来技術の場合のような連続的な燃焼としてではなく爆発または爆轟として起こすことができる。また、本発明のバーナアセンブリでは、出口チャネル（９）が摩擦チャネル（５）の直径と同様の直径を有する細いチャネルである。
【００４６】
従来技術と本発明のバーナシステムとの間の他の違いは、本発明では、爆轟または爆発の直後に、増大するガス（流体）摩擦が爆発の爆轟の衝撃波を止めるまで、爆発または爆轟の衝撃波面が摩擦チャネル（５）を通じて部分的に逆行するという点である。この非常に短い期間中、入口チャンバ（３、４）は「ガススプリング」として作用する。スプリング効果は、前方へ流れる複合物を押圧する逆流ガスが入口チャンバへと押し込まれる相互作用によってもたらされる。これらのチャンバ、ならびに、システム内へ供給される複合物の圧力、および、爆発または爆轟によって引き起こされる背圧の設計は、複合物が反応チャンバに再び流れ込んで次の爆発または爆轟のために反応チャンバを再充填するのに要する時間を決定する。すなわち、チャンバおよび圧力は、爆発間または爆轟間の時間、したがって、想定し得る周波数を規定する。
【００４７】
図３は、図２に示される実施形態に類似する実施形態を示している。しかしながら、この実施形態は、バーナの動作の起動期間中に複合物を加圧下で点火するために点火プラグ（１３）が取り付けられる更なるチャンバ（１２）を有する。点火チャンバ（１２）は、加圧された複合物がチャンバ（１２）内へも流れることができるとともに点火された複合物が反応チャンバ（７）内へ戻ることができるように、チャネル（１４）、（１５）によって反応チャンバ（７）に接続される。この配置または等価な配置は、バーナの動作を開始するために本発明の全ての実施形態において必要であるが、明確にするために他の図には示されていない。
【００４８】
図４は、図２に示されるバーナの基本的な特徴を有するバーナの一実施形態を示している。しかしながら、バーナのこの実施形態は、複数の入口、入口チャンバ、および、摩擦チャネルを有する。図４では、２組の入口（１、２）、入口チャンバ（３、４）、および、摩擦チャネルが見える。全ての摩擦チャネルは同じ反応チャンバ（７）で終端する。
【００４９】
図５は、図４に示される実施形態に類似する実施形態を示している。この図は、爆轟または爆発による衝撃波が、摩擦チャネル（５）を通じて、２つの摩擦チャネルの端部が単一の反応チャンバ（７）への入口で重なり合う比較的小さい領域（１８）へと逆行できる距離を、入口チャンバ（３、４）の軸線と摩擦チャネル（５）の軸線との間の角度がどのように制限するのかを示している。この理由は、衝撃波面が真っ直ぐにしか進むことができないからである。衝撃波面は、曲がることもできず、任意の曲線に沿って進むこともできない。
【００５０】
図６は、反応チャンバの端部に与えられる特別な形状によって引き起こされる効果を象徴的に示している。暗い波状の矢印は、反応チャンバ（７）の内壁から反射される赤外放射線を表わしている。入口側（１０）では、円錐表面が放射線の前方反射を引き起こす。反応チャンバの円筒周壁（２０）は、反応チャンバ（７）の長手方向対称軸線に対して垂直な長手方向対称軸線へ向かう方向の赤外放射線として熱を反射する。出口側（１１）では、熱は、半球面により、反応チャンバ（７）の内側の反応チャンバの長手方向軸線上の焦点に反射される。加圧された複合物は、摩擦チャネル（５）を通じて、集中されて反射された赤外放射線のこのラインに沿って、出口の球形状の中央の焦点まで反応チャンバ内に流れる。反射されて集束された赤外放射線の結果として、複合物は、焦点で点火されて次の爆轟または爆発を開始する。
【００５１】
図７はバーナシステムの一実施形態を示しており、この実施形態において、図２の実施形態の出口チャネル（９）および反応チャンバへの単一の出口は、それぞれが別個の出口チャネル（２３）に接続される幾つかの更に小さい出口（２２）に取って代えられる。
【００５２】
図８は、幾つかの出口チャネル（２３）の端部を示している図７に示される実施形態の端面図である。
【００５３】
図９は、反応チャンバ（７）（この図の反応チャンバが図１０に関して説明される実施形態であることに留意されたい）の外面および出口チャネルが例えば水を加熱するための熱交換器として形成される実施形態を示している。スレッドのような構造（２４）により、バーナアセンブリおよび熱交換器を形成する材料のブロック（３０）の端部（３１）に対して密閉シールされるケーシング内に収容される水は、水が反応チャンバ（７）の外壁および出口チャネルと接触できるようにする「スレッド」間の隙間（２５）に流れ込むことができる。図９を見ると、本発明のバーナシステムを熱交換器に組み込むことがいかに容易であるのかが分かる。この場合、熱が発生される反応領域全体が熱交換器で覆われる。
【００５４】
図１０は、二次反応チャンバを有する本発明の一実施形態を示している。入口（１、２）は、一次反応チャンバ７に通じる摩擦チャネル（５）に供給する。反応チャンバ７は、前述した実施形態の場合と同様に設計されて、同じ方法で機能する。一次反応チャンバ７の出口端上にわたって二次反応チャンバ７’が嵌着されており、二次反応チャンバ７’内には反応複合物が入口（１、２）および摩擦チャネル（５’）を通じて供給される。
【００５５】
図１１および図１２は、図１０に示される実施形態がエンジンとして使用されるようになっている本発明の一実施形態を概略的に示している。部分的に円錐形状の更なるチャンバ（２８）が二次部分反応チャンバ（７’）の出口端上にわたって嵌着される。入口（３０）は、流体、例えば水をチャネル（３１）を通じてチャンバ（２８）内へ供給するようになっている。
【００５６】
動作の方法
少なくとも２つの複合物（例えば、燃料ガスおよび酸素または空気）が個別に圧縮される。その後、これらの複合物が個別に予熱されて、これらの複合物がバーナシステムの反応チャンバ（７）内でその後に点火できるようにする。複合物は、その後、別個の入口（１）および（２）を介して入口チャンバ（３、４）と呼ばれるチャンバ内へ導入される。複合物が依然として高圧下にある入口チャンバ（３、４）から、複合物は、高圧により、本明細書中で摩擦チャネル（５）と呼ばれる小さい内径の長い導管を通じて押し進められる。摩擦チャネル（５）は、任意の形状または幾何学的形態の断面を有する中空のパイプまたはチャネルである。バーナシステムの製造方法に応じて、摩擦チャネルは、丸い直線状のチューブとして、あるいは、金属のブロックを貫通する丸い直線状の孔として形成され得る。摩擦チャネル（５）内で、両方の複合物は混合するが反応しない。複合物が摩擦チャネル（５）を通過する速度は、想定し得る時期尚早の反応を防止するために十分に高くなければならない。通常、６０ｍ／秒を超える流量で十分である。これは、火炎前面が高速で進むことができず、それにより、火炎前面が摩擦チャネル（５）を通じて逆行できるポイントがないからである。圧縮された複合物の圧力、摩擦チャネル（５）の幾何学的形態、特に断面積、および、摩擦チャネルの内面の特徴は、複合物が入口チャンバ（３）内へ逆方向で通過しないようにかなり高速で進行する波面の高いガス摩擦を使用することによって火炎前面が逆行できないようにしつつ反応チャンバ（７）内への加圧高速自由流のこれらの効果を最適化するように理にかなった方法で選択されなければならない。摩擦チャネル（５）の出口側には反応チャンバ（７）があり、該反応チャンバの内部は、摩擦チャネルよりも幅広い直径を有するとともに、摩擦チャネルよりも比較的短い長さを有する。反応チャンバ（７）内で混合物が点火されて反応する。バーナの通常の動作中、点火は赤外放射線によって開始される。動作の初めに、赤外放射線点火に不具合がある場合には、図３に説明されるように更に複雑なシステムが使用される。複合物は、予熱されて加圧され、したがって、互いに非常に急速に反応するため、反応チャンバ（７）内の複合物の圧力に応じたそれらの爆轟速度を伴って反応チャンバ内で爆発しあるいは爆轟する。反応の中心点を発端として、爆発（または爆轟）波が外側へ広がる。波面の大部分は、反応チャンバ（７）の周壁（２０）に衝突する。これは、反応チャンバの内側の幾何学的な形状に起因する。爆発（または爆轟）波のかなり小さい部分が、摩擦チャネル（５）の出口に衝突して、入口チャンバ３から摩擦チャネルへ押し込まれるようになっている複合物の向きに逆らって摩擦チャネル内に移動する。前述したように、摩擦チャネル（５）の断面は反応チャンバ（７）または入口チャンバ（３）の断面よりもかなり小さい。摩擦チャネル（５）の幾何学的形態は、圧縮された複合物が大きな摩擦損失を何ら伴うことなく摩擦チャネルを通過して進むことができるように形成される。しかしながら、爆発（または爆轟）前面の速度は、反応チャンバへ向けて流れる複合物の速度よりもかなり高く、非常に大きな流体摩擦を引き起こし、そのため、爆発（または爆轟）前面は、摩擦チャネル（５）の他方側に達することができずにその途中で停止される。摩擦チャネルにおいて湾曲状の幾何学的形態を使用することにより、この効果を高めることができる。
【００５７】
爆発または爆轟の波面は、その極めて高い速度に起因して、真っ直ぐにしか移動することができない。爆発波または爆轟波は、反応チャンバ（７）から摩擦チャネル（５）内に極めて高速で逆行することにより、反応チャンバ（７）へ向けて進行している摩擦チャネル（５）内の圧縮複合物の流れを妨げる。反応チャンバ（７）へ向かう複合物の流れを止める爆発または爆轟の波面の効果が徐々に消失すると、摩擦チャネル（５）内および反応チャンバ（７）内に低圧領域が残される。これは、爆発または爆轟の波面が非常に高い密度を有しており、その後に真空状の低圧領域が追従するからである。爆発または爆轟の波面は、激しい熱および圧力の領域をもたらす。この熱および圧力は、波面の球状の外側でひと塊に集結される。すなわち、複合物の反応によって形成されるエネルギは、爆発または爆轟によって形成されるガスの塊の中で均一に分布されず、爆発または爆轟の波面内にほぼ完全に集中される。複合物の反応によって到達される平均温度が存在する場合にも、エネルギは均一に分布されない。温度は、爆発または爆轟の波面でかなり高く、膨張するガスの球状塊の内側の波面の背後では平均温度よりも低い。したがって、爆発または爆轟は、波面でエネルギを集中させてそこでの温度を高めるマイクロヒートポンプとしても機能する。この効果は、反応チャンバ（７）の周壁（２０）と波面の表面との間に人工的に高い温度差を生み出す。したがって、波面と壁（２０）との間の温度差により、熱エネルギの大部分が反応チャンバ（７）の周壁（２０）に非常に急速に伝えられる。熱が反応チャンバの壁へ伝えられたため、これにより、複合物の化学反応中に形成されたガス内の熱エネルギ量が減少する。したがって、形成されるガスの体積は反応チャンバ（７）の所定の容積に等しく一定であるため、爆発または爆轟から残るガス内の圧力が更に降下する。この圧力降下は、入口チャンバ（３）からくる摩擦チャネル（５）内の圧縮複合物と反応チャンバ（７）内の残存ガスとの間に圧力差をもたらす。
【００５８】
形成されたエネルギの大部分が反応チャンバ（７）の外壁（２０）へ伝えられた後に形成される低圧塊は、今度は、摩擦チャネル（５）内の波面によって前に停止された新たな複合物を反応チャンバ内へ吸引する。したがって、ポンプ（またはパルス）機構が形成される。複合物は、摩擦チャネル（５）の前の入口チャンバ（３、４）内に加圧下で連続的に供給される。複数の入口チャンバ内のガス塊は、ガススプリングとして作用し、常に爆轟によって圧縮されてその後の低圧によって膨張される。
【００５９】
摩擦チャネル（５）の出口と対向する反応チャンバ（７）の側には、反応チャンバ（７）の出口チャネル（９）がある。反応チャンバ内の反応によって形成されたガスは、反応チャンバ（７）から出るためのそれらの唯一の出口としてこの出口チャネル（９）を有する。出口チャネル（９）の幾何学的形態は、基本的に、摩擦チャネル（５）と同様に形成される。出口チャネルの幾何学的形態は、出口チャネル（９）内に十分なガス摩擦または抗力をもたらしてガスの速度を落とすために長くて細くなっている。ガス摩擦の同じ物理的効果にしたがって、この形態も、爆発または爆轟の高速波面が非常に大きなガス摩擦をもたらすようにし、そのため、爆発中または爆轟中にガスが出口チャネル（９）を通じて流れることができない。
【００６０】
反応チャンバ（７）の両方の開口は、小さく、衝撃波を反応チャンバ（７）から抜け出させることができないため、化学反応のエネルギの殆どは反応チャンバ（７）内にとどまらざるを得ない。したがって、温度および圧力は、極めて高い値まで増大する。圧力の人工的な増大を生み出す、したがって、爆発または爆轟を増大させるこの挙動は、ドイツ語で「Ｅｉｇｅｎｖｅｒｄａｍｍｕｎｇ」と呼ばれる。英語に忠実に訳すと、「自動封入（ｓｅｌｆ−ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）」である。これは、爆発物の分野で使用される良く知られた現象である。爆発または爆轟の衝撃波の物理的性質は、広がる波の中心領域に質量をほぼ存在させず、したがって、低エネルギだけが存在するようにしつつ、ほぼ全ての質量、したがってエネルギを波面に位置させるものである。
【００６１】
衝撃波が摩擦チャネル（５）内へ進むと、衝撃波は、爆発または爆轟に起因して非常に高い速度を有する。速度の特定の値は、複合物が反応する圧力、および、複合物の材料特性、ならびに、反応チャンバ（７）の厳密な幾何学的形態およびサイズによって決まる。２０００ｍ／秒〜６０００ｍ／秒の速度を想定することができ、困難なくこの速度に達することができる。爆発の瞬間から数えて、衝撃波面は、摩擦チャネル（５）へ向かう方向も含めて全ての方向に球状に移動し始める。衝撃波面が停止されるまでの時間は極めて短い。例えば更に容易に理解するために、摩擦チャネル（５）が１００ｍｍの長さを有し、反応チャンバ（７）が３０ｍｍの長さを有し、爆発の速度が比較的低い１９００ｍ／秒である場合には、波面が摩擦チャネル（５）内の停止点に到達するのに約０．０００，０５２，６秒かかり、この摩擦チャネルにおいて、波面は、ガス摩擦の蓄積に起因して非常に多くのエネルギを失い、そのため、更に前に進むことができない。抗力またはガス摩擦もしくはあるいは流体摩擦の他に、摩擦チャネル（５）の壁との熱交換に起因するエネルギの損失も波面をかなり減速させる。波面は、高密度質量、高圧、および、高温を含む。反応チャンバへ向かう予熱された圧縮複合物の流れによって衝撃波面の温度に対して冷却された摩擦チャネル（５）の壁との接触の結果として、波面のかなり熱い塊が冷え、したがって、エネルギが失われて、体積、圧力、および、速度も減少する。波面は、摩擦チャネル（５）内のその停止点では非常に冷たいため、反対方向に行く加圧されて予熱された複合物を点火できない。実際には、摩擦チャネルのどの長さおよびどの直径が個々の用途に最も適するのかを決定するために、トライアル・アンド・エラーが使用される。
【００６２】
波面が停止された後、入口チャンバ（３、４）の側から押し進められるようになっている加圧された混合複合物が、現在の圧力で複合物の混合体の特定の火炎伝搬速度または火炎前面の速度よりも少なくとも速く（先の例ではちょうど６０ｍ／秒の比較的低い速度で）流れ続けると、複合物が反応チャンバ（７）の中央に達するのに０．００１，６３９秒未満になる。このことは、新たな反応が開始し得る前にプロセスの中断がほぼ０．００１，６９２秒であることを意味する。これにより、このプロセスを約６００Ｈｚを上回る周波数で前述したように繰り返すことができる。１キロヘルツを上回る周波数の場合、摩擦チャネル（５）内で流れるガスの速度は（所定の例では）１００ｍｍの距離にわたって１００ｍ／秒を上回らなければならない。摩擦チャネル（５）の直径が減少された場合には、波面によって形成されるガス摩擦が指数関数的に更に増大する。したがって、波面が摩擦チャネル（５）に進むことができる距離も指数関数的に減少されるとともに、波面が摩擦チャネル（５）の内側に達することができる方法も減少される。先の例で使用されたのと同じ数字を用いると、摩擦チャネル（５）の直径が約０．１ｍだけ減少される場合には、摩擦が恐らく２倍になり、波面が摩擦チャネル（５）に逆行し得る長さがほぼ半分になる。したがって、６１０Ｈｚの周波数が１，２３０Ｈｚ＝１，２ｋＨｚ（キロヘルツ）まで増大する。
【００６３】
波面が摩擦チャネル（５）に更に逆行するのを停止した後、圧縮された複合物が再び摩擦チャネル（５）を通じて押し進められて反応チャンバ（７）に達する。反応を繰り返すためには、同じ速度で毎回、すなわち、流入する複合物が反応チャンバの端部に達した後に、複合物が点火されることが必要である。複合物は圧力を受けているため、複合物の点火温度は、更に低い圧力の同じ複合物の場合よりも高い。圧縮された複合物は、摩擦チャネルが反応チャンバ内へ開放する入口（６）ではなく反応チャンバ（７）のほぼ中央に圧縮された複合物が達するときに点火されなければならず、そのようにしないと、僅かな質量の複合物しか反応し得ない。したがって、点火のタイミングは正確でなければならない。（先の例で示されたように）単一のサイクルの時間がほぼ０．００１，６９２秒である場合には、点火は、この時間のほんの僅かな部分である精度内でなされなければならない。１ミリ秒未満の精度を今日のいかなる電子装置または機械装置を用いても達成するのはほぼ不可能である。そのため、本発明は、正確な点火のためのプロセスに赤外放射線を使用する。
【００６４】
反応チャンバ（７）の始まりは摩擦チャネル（５）の端部にある。摩擦チャネル（５）内では、圧縮されて予熱された複合物が反応チャンバ（７）へ向けて急速に流れている。反応チャンバ（７）内では、断面が広くなっており、複合物が反応し、また、反応後、複合物は出口開口（９）を通じて流れ出る。反応チャンバ（７）の断面は、摩擦チャネル（５）の断面よりも大きく、また、出口（９）の断面よりも大きい。摩擦チャネル（５）が終端する反応チャンバ（７）の入口側（１０）で反応チャンバが始まり（６）、その断面は小径から大径に変化しなければならない。直径の拡大は円錐形状によって最も良く実現される。最初の僅かな反応の後、反応チャンバ（７）の壁（２０）が暖かくなり、その後、熱くなる。複合物の爆発または爆轟に起因して、壁（２０）に達するエネルギの量は、同じ複合物の通常の燃焼の場合よりもかなり高い。したがって、壁（２０）は、同じ複合物が単に燃焼されたにすぎない場合における壁（２０）よりも熱い。したがって、壁（２０）は、通常の燃焼中よりもかなり多くの赤外放射線も放射する。入口領域（６）の円錐形状は、軸線に対する円錐側面の角度に応じて、反応チャンバ（７）の入口から離れて反応チャンバ（７）の中央または中心に向かう赤外放射線の前方反射を引き起こす。そこで、赤外放射線は必然的に集束赤外放射線領域を形成する。光学素子の物理法則が適用され、また、赤外線波は、それらが成形ミラーから反射されるときに可視光波と全く同じように動く。異なるが非常に重要なことは、熱の生成が止まった後に赤外放射線が暫くの間続くことである。その上、反射のための光源がＯＦＦに切り換えられるとほぼ直ぐに、ミラーからの可視光の反射が停止する（光が移動する必要がある時間に起因して、停止は全く同じ瞬間ではない）。赤外放射線は、反応が中断されあるいは終了されるときであっても放射し続ける。依然として放射することにより（摩擦チャネル（５）に押し戻る波面に起因して反応が停止し、それにより、流れおよび更なる反応が中断された後）赤外放射線は、反射されて集束され、それにより、摩擦チャネル（５）内で波面のエネルギがなくなって新たな新鮮な複合物が反応チャンバ（７）に達した後に続くガスに点火できる。先の例の状態にとどまるため、赤外放射線は、低速で０．００１６９２秒の時間の空白を埋めなければならず、摩擦チャネル（５）内の高速ガスでは０．０００８４６秒未満の時間の空白を埋めなければならない。それは１ミリ秒未満である。反応チャンバ（７）の中心線に沿って熱の長手方向領域を形成するべく赤外放射線を集束させるように反応チャンバ（７）の周壁（２０）を形成することが有益である。したがって、反応チャンバ（７）に入る予熱されて圧縮された複合物は、反応チャンバ（７）内へ流れている間により多くの熱を受ける。集束赤外放射線のこの領域の終端で、反応チャンバ（７）の出口側出口（１１）から反射された熱が加えられる。
【００６５】
反応チャンバ（７）は、反応チャンバ（７）よりも小さい断面積を有する出口チャネル（９）に接続される。したがって、反応チャンバ（７）の出口端（１１）では断面積が減少される。出口（９）での断面積のこの減少が半球状に形成された場合には、それによって、焦点、または、赤外放射線がそれから反射されるための領域が形成される。最初の円錐入口側（１０）および半球状の出口側（１１）とを有する反応チャンバ（７）を形成することにより、反応チャンバ（７）の中心線に沿う集束赤外放射線の長手方向領域が、反射された赤外放射線の集中が最も高い焦点で終わる。焦点は点火点である。点火が反応チャンバ（７）の中心で行なわれるため、反応の先端が外側に均一に移動するとともに、爆発波または爆轟波は、集束されて反射された赤外放射線のライン上にその開始点または中心点を有する。
【００６６】
爆発または爆轟に再点火するために意図的に反射される赤外放射線の効果を使用することにより、圧縮された複合物は、点火し、それにより、反応チャンバ（７）内の選択されたポイントで反応する。したがって、高周波を伴う脈動的な反応を起こすことができる。反応チャンバ（７）内で赤外放射線を反射させるための半球状の出口側（１１）および円錐状の入口側（１０）を有する設計は、爆発または爆轟に点火するために赤外放射線を使用するという考えの１つの想定し得る実現にすぎない。赤外放射線による点火の正確なタイミングは、摩擦チャネルを通じて押し進められる複合物の速度、摩擦チャネル（５）の幾何学的形態、および、摩擦チャネルの長さを変えることによって容易に調整できる。複合物の高い圧力により、摩擦チャネル（５）内で高い流量がもたらされ、更に反応チャンバ（７）内での反応時間は短くなる。したがって、摩擦チャネル（５）を通じて反応チャンバ（７）内へ流れる加圧複合物の圧力を増大するあるいは減少させることによっても、正確な周波数を調整できる。また、より高い充填量を可能にするポイントに赤外放射線の焦点があるように（例えば円錐形状の入口と端部（１０）の異なる角度で）反応チャンバ（７）を形成することもできる。
【００６７】
バーナアセンブリの動作の最初の数秒の間は、集束赤外放射線を点火に使用することができない。これは、反応チャンバ（７）内に後方に放射される点火に十分な赤外放射線を形成するために反応チャンバ（７）の壁が未だ十分に加熱されていないからである。反応チャンバ（７）の周壁（２０）に取り付けられる通常の点火プラグ（１３）は、赤外放射線が脈動する混合物に点火できる前に、予熱されて圧縮された複合物に最初に点火するのに十分である。しかしながら、点火プラグ（１３）が反応チャンバ（７）の周壁（２０）に配置された場合には、表面のこの部分を、熱交換に使用できないとともに、赤外放射線反射に使用することもできない。爆発または爆轟の波面の高い温度に起因して、反応チャンバ（７）の壁に配置される点火プラグ（１３）または同様の装置が容易に損傷されあるいは破壊される可能性がある。したがって、より良い設計は小さい点火チャンバ（１２）を形成することであり、このチャンバ（１２）は、該チャンバ（１２）から反応チャンバ（７）に通じる１つ以上の小さいチャネル（１４、１５）を有する。そのため、反応チャンバ（７）の外側で点火を行なうことができ、また、生成される熱を全て使用できる。
【００６８】
繰り返される爆発により、同じ複合物の焼却または燃焼によって想定し得るよりも多い量のエネルギを反応チャンバ（７）の壁（２０）へ伝えることができる。対流による熱伝達に関する現代の物理的解釈を考慮すると、爆発または爆轟が爆発波または爆轟波の非常に密度の高い波面を有する波を形成することは明らかである。壁と波面との衝突により、あらゆる種類の境界層または局部的流れあるいは渦が克服され、波が反応チャンバ（７）自体の壁（２０）のみによって直接に停止される。これらの波が反応チャンバ（７）の壁（２０）に衝突すると、波は、熱を高温反応から直接に伝えるだけでなく、爆発または爆轟のほぼ全ての塊を含む波面塊と壁（２０）との衝突によって熱の形態のエネルギも生成する。極めて速いガスのこの塊の負の加速は、爆発波または爆轟波を停止させる反応チャンバ（７）の壁（２０）の表面上で直接に熱に変えられる。
【００６９】
反応チャンバ（７）の外壁（２０）が熱交換器の内壁でもある場合には、このバーナ熱交換器システムは、非常に高い効率、または、物理的に最も高い想定し得る熱交換率を有する。
【００７０】
このことは、比較的低いエネルギ含量を有する複合物において非常に大きな関連性がある。本発明が使用されると、低エネルギ含量複合物も高い温度に達し得る。例えば、通常の高エネルギ燃料に相当する経済的な効率に達するために一酸化炭素を燃料として使用することもできる。本発明は、終端温度および熱交換器効率をバーナシステムへ供給される圧縮複合物の圧力によって制御できるようにするその方法にヒートポンプ効果を組み込む。
【００７１】
蒸気または熱水または他の形態の熱伝達媒体を発生させるために低エネルギ含量を有する複合物が使用される場合には、通常のバーナにおける従来の大気中燃焼を用いて達成され得る温度は、高エネルギ燃料を用いるよりもかなり低い。例えば一酸化炭素が低エネルギ含量燃料として空気と共に使用される場合には、通常の大気バーナを使用すると、その結果は、熱エネルギの低い生産量（ＭＪ／ｋｇ）だけでなく、低い温度（Ｋ）となる。この低い温度は利用するのが困難である。これは、バーナまたは反応チャンバの内側での一酸化炭素と空気との化学反応中に生成される高温ガスと熱交換器の壁の他方側の水または蒸気との間の温度差が、同じ状況で高エネルギ燃料を用いた場合の温度差よりもかなり低いからである。本明細書中で記載される発明を用いると、低エネルギ含量燃料を使用して、蒸気、熱水、または、他の形態の熱伝達媒体の生成において同一の更に良い結果を得ることができる。
【００７２】
熱交換器に関連して本発明のバーナシステムが使用される場合には、熱伝導材料、例えば金属の単一片を使用して、入口チャンバ（３、４）、摩擦チャネル（５）、反応チャンバ（７）、および、出口チャネル（９）を材料片の内部に形成するとともに、この材料の外側を熱交換器（２４）のための壁として使用することが大きな利点である。この場合、反応チャンバ（７）が熱交換器の内部を構成し、外面が加熱されるべき媒体で取り囲まれる。
【００７３】
熱交換器と共に使用するため、図２に関して説明される単純な開口よりも有利な反応チャンバ（７）からの出口を形成するための方法は、それを多くの開口（２２）から形成することであり、これらの開口（２２）は、図７および図８に示されるように、略平行に延びるとともに、ガスが反応チャンバから出る表面を増大させる。したがって、出ていくガスを使用して熱交換媒体を加熱することもできる。
【００７４】
先の説明の論理的な拡張は、複合物が入口チャンバ（３、４）に入る前に複合物を予熱するために出口チャネル（９、２３）の端部に更なる熱交換器ステップを加えることである。例えばガスが燃料として使用され、このガスが加圧下で蓄えられる場合、ガスは、通常は冷たく、出ていく排ガスから熱を吸収することができ、したがって、より多くのエネルギをシステム内に維持するとともに、システムの効率を更に高める。出ていくガスは、圧縮複合物が出口チャネルを通過するのに十分な圧力が反応後に残されるように圧縮複合物の圧力が選択される場合には、抗力またはガス摩擦による抵抗を克服できる。
【００７５】
摩擦チャネル（５）および反応チャンバ（７）は比較的小さい。バーナの能力を高めるためには、同じサイズの更に多くの摩擦チャネル（５）および反応チャンバ（７）を加えることが、摩擦チャネル（５）の直径を増大させることよりも良い。摩擦チャネルを増大させると、流速、圧力、および、ガス摩擦の組み合わせの効果が変えられるとともに、本発明で達成される効果が失われる可能性がある。また、表面積と含有量との間の比率は、摩擦チャネルまたは反応チャンバの断面積の線形増加に伴って指数関数的に変化して減少する。摩擦チャネルまたは反応チャンバの寸法を増大させる代わりに、幾つかのバーナシステムを互いに隣接して、互いに上下に、あるいは、互いの周囲に、平行に配置し、それにより、例えば、それらの長手方向軸線に対して垂直な断面で、バーナシステムが円または楕円の外周にわたって配置されるようにすることが好ましい。このようにすると、バーナシステムの全てが位置合わせされて同じ排気ポートで終端する。
【００７６】
装置の能力を高めるための他の方法は、１つ以上の更なるバーナステージを反応チャンバの端部に組み込むことである。図１０はそのような実施形態を概略的に示している。入口（１、２）は一次反応チャンバ７に通じる摩擦チャネル５に供給する。反応チャンバ７は、前述した実施形態の場合と同様に設計されて、同じように機能する。一次反応チャンバ７の出口端上にわたって二次反応チャンバ７’が嵌着されており、二次反応チャンバ７’内には反応複合物が入口（１、２）および摩擦チャネル（５’）を通じて供給される。二次反応チャンバ（７’）に入る予熱されて圧縮された複合物は、一次反応チャンバ（７）内の一次反応で形成された高温ガスの波面によって点火され、その後、一次爆発または爆轟の後に爆発または爆轟される。
【００７７】
二次反応チャンバ（７’）は、幾つかの態様が一次反応チャンバ（７）と異なっている。一次反応チャンバ（７）内での反応は、正確な時間および正確な場所での点火のための赤外放射線に依存する。したがって、一次反応チャンバ（７）内での一次反応のための摩擦チャネル（５）は、予熱されて圧縮された複合物が点火のために反射された赤外放射線を通過して流れるように配置されて方向付けられなければならない。実際には、これは、反応チャンバの中央での対称軸線に沿うガス流によって達成するのが最も容易である。予熱されて圧縮された複合物を点火のために反射される赤外放射線の領域に通すために摩擦チャネル（５）がこの軸線と一直線に並べられるため、一次反応のその後の爆発または爆轟は、波面を摩擦チャネル（５）に逆行させることができる。二次反応チャンバ（７’）内での二次反応は、その後、一次反応チャンバ（７）から二次反応チャンバ（７’）に移動する一次反応の拡張する波面によって点火される。例えば一次反応チャンバ（７）が２０ｍｍの直径および３０ｍｍの長さを有する場合には、１，９００ｍ／秒の比較的低い速度を伴う前述した例からの波面は、一次反応後の０．０００，０１秒後、すなわち、０．０１ミリ秒後に、二次反応を点火して開始する。この例では、選択される速度が非常に低い。これらの速度は、容易にかなり高くすることができる。そのような場合、一次反応と二次反応との間の時間差は０．０１ミリ秒よりもかなり短い。二次部分反応チャンバ（７’）ステップに通じる摩擦チャネル（５’）を二次反応の爆発または爆轟の中心から離して位置させることができる。このようにすると、二次反応のために予熱され圧縮される複合物は、それらの点火ポイントに対して角度をなして二次反応チャンバ（７’）に入る。したがって、二次反応によって形成される波面は、１または複数の摩擦チャネル（５’）内に深く入ることができない。そのため、二次反応チャンバ（７’）に通じる摩擦チャネル（５’）は、更に短く維持され得るとともに、一次反応チャンバ（７）に通じる摩擦チャネル（５）よりも大きい直径を有することができる。したがって、一次反応チャンバ（７）の中心摩擦チャネル（５）を通じた場合よりも多くの量の複合物を二次反応チャンバ（７’）の摩擦チャネル（５’）を通じてもたらすことができる。
【００７８】
本発明の実施形態において、例えば適正に定められた、および、‘標準的な’燃料を一次反応バーナ（７）で使用して行なわれる一次反応は、二次反応チャンバ（７’）内の様々な特性または組成を有する複合物間の二次反応に点火するための‘パイロット火炎’として使用できる。
【００７９】
本発明の他の実施形態は、３つ以上のステージを備え、あるいは、幾つかの多段反応チャンバを列、円形、または、他の形態で組み合わせる。バーナ装置の構造の選択は、用途によって決まる。例えば蒸気を発生させるために低エネルギ含量を伴う非標準的な燃料を使用しなければならない場合には、標準的な燃料を「パイロット灯」として使用する一次反応と低エネルギ含量を伴う非標準的な燃料のための第２ステージとを有する比較的簡単な２段バーナ装置が、蒸気が生成される熱交換器において、安全な動作と反応チャンバ容積に対する表面積の最大比率とを組み合わせる最良の結果を与える。
【００８０】
バーナシステムを設計する際には、周波数と熱交換率との間の関係を考慮に入れなければならない。多くの小さな爆発または爆轟は、単一の大きな爆発または爆轟よりも高い熱伝達をもたらす。単一の爆発における質量の大きさが小さければ小さいほど、爆発または爆轟の波面の表面の質量に対する壁表面の質量の比率が大きくなり、したがって、熱交換の効率が高まる。爆轟または爆発ごとの質量を小さくすると、波面内に配置される質量の全てが熱交換器の固体表面と衝突し、その結果、固体表面に達しない波面の「第２の列」が存在しなくなる。無論、限界も存在し、この限界を超えると、爆発または爆轟の非常に小さい質量が熱伝達の効率をそれ以上高めない。
【００８１】
図１１および図１２は、図１０に示される実施形態がリニアエンジンとして使用されるようになっている本発明の一実施形態を概略的に示している。この実施形態では、部分的に円錐形状の更なる拡張チャンバ（２８）が二次部分反応チャンバ（７’）の出口端上にわたって嵌着される。入口（２７）がチャネル（２９）を通じて流体、例えば水をチャンバ（２８）へ供給するようになっている。推進がこの実施形態の主な目的であり、前述した実施形態の場合のように固定熱交換器ではない。この実施形態において、反応チャンバ（７）および反応チャンバ（７’）で行なわれる一次反応および二次反応のエネルギは、チャンバ（２８）の壁を加熱し、それにより、チャンバ（２８）に入る水または同様の複合物または流体の混合物を急速に蒸発させるために使用される。結果として、出口流の体積が（水の例の場合には１６００を超えるファクタだけ）増大される。この実施形態において、出口チャネル（または複数の出口チャネル）は、一次反応チャンバおよび二次反応チャンバからの反応生成物と拡張チャンバ（２８）で生成されるガスまたは蒸気との組み合わせ体積が逃げることができるように十分に大きくなければならない。
【００８２】
本発明者が本明細書中に記載される実施形態に関して多くの変形を考えていることに留意すべきである。例えば、３つ以上の複合物を反応チャンバ（７、７’）内へ導入できるように３つ以上の入口（１、２）および入口チャンバ（３、４）を設けることができ、また、入口（２７）を通じて複数のタイプの複合物を拡張チャンバ２８内へ導入できる。
【００８３】
本発明の実施形態を一例として説明してきたが、特許請求の範囲を超えることなく本発明が多くの変形、改良、および、適合によって実行されてもよいことは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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