(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に空気供給と熱交換を兼ねた空気供給路を有する多重構造の筒構成を備えた燃焼筒に相当する内筒の基板部には、燃料噴射ノズルと空気供給用の小孔と点火手段を設け、前記燃料噴射ノズルより噴射される気化ガスに空気供給用の小孔より供給される少量空気を供給して高速旋回渦流を形成させて、点火手段により点火させて不完全燃焼状態の未燃ガスを生成させる第一燃焼室と、この第一燃焼室の前方に前記内筒の外周より前方に向けて高温高圧空気を吐出させて、乱流撹拌空気として形成できる第二燃焼室とを設け、第一燃焼室の前記不完全燃焼状態の未燃ガスを第二燃焼室内に連続供給して、第二燃焼室内で生成された乱流撹拌空気と混合して高熱火炎を生成し乍ら内筒内に急激な爆発膨脹を連続生成させ、順次と前方の爆轟波発生室に伝播させ、かつこの爆轟波発生室内に圧力波を発生させて順次と重畳して爆轟波を生成し、この爆轟波を先端のノズル部より吐出させることができるようにしたことを特徴とする爆轟波発生装置。
【請求項２】
内筒の基板部の小孔より第一燃焼室内に吐出させる空気量と、第二燃焼室に乱流空気として吐出させる空気の供給量とは、全体量を１００％とすると２０％：８０％程度の分割比であることを特徴とする請求項１記載の爆轟波発生装置。
【請求項３】
筒状の内筒は、外筒と中筒との二重で抱持させ、外筒と中筒との二重構造の環状通路には、各筒の基部を保持する基端部に穿った燃焼空気供給孔と接続させたパイプを挿通し、このパイプより燃焼用空気を送給し、かつ中筒と内筒との間で未燃ガスの旋回流を起こさせ、第一燃焼室に続く第二燃焼室の前方に向けた多数の空気吐出ノズルよりの吐出された乱流状態の燃焼空気内に前記旋回流の未燃ガスを導入させて爆轟波を生成できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の爆轟波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連鎖反応によって反応を激化させて熱爆発を起こさせ、かつ燃焼速度が爆発より速い速度で吐出させて、各種用途に利用できるようにした爆轟波発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の爆轟波発生装置で、小型で実用化されたものは存在しない。
【０００３】
この爆轟波に似る衝撃波が知られ、その発生装置は、本発明者が既に開発したものとして知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１０５１７９号公報
【特許文献２】
特許第３１０５１８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の衝撃波は、破砕，粉砕に広く用いられているが、硝子，陶器，金属の切削に弱いので、ガス，液体燃料を使って発生させた爆轟波を使って処理すると、硬いものはダイヤモンドまで切削，粉砕ができる。これは、空気のような発熱性の混合気中を強い衝撃波が通過すると、波面の背後で燃焼反応が起こり衝撃波と燃焼波の連合波が形成される。これを爆轟波と言う。この衝撃波は燃焼波の発熱によってその運動が支持される。一般に、衝撃波が受ける波動抵抗は波面の背後にひきおこす流体運動に起因し、運動域の拡大と共に、衝撃波は次第に減衰するが、爆轟波では衝撃波が引き金となって、化学エネルギーが先ず熱エネルギーに変換され、その内、丁度この波動抵抗を打ち消すのに必要な分だけが運動エネルギーに変換されるので、爆轟波は減衰すること無く自走する。これをチャプ・マンジューゲと言い、その自走する傅播速度は一種の固有値として求められる。
【０００６】
爆轟波と衝撃波の伝播機構の大きな違いは、爆轟波においてはその伝播速度を決めるものは媒質の物理化学的性質で、衝撃波のように外的要因、飛行機の飛行マッハ数とか衝撃管の圧力比とかではないという点である。
【０００７】
しかも、両者の最大の特徴は、衝撃波は発生装置から出れば減衰するが、爆轟波は直進する時は減衰なく、衝突のとき熱に変換してしまう点と、もう一つの利点は、爆轟波は或る条件で圧力波とも導波管で簡単に搬送する事が可能であることである。
【０００８】
この発明は、叙上の点に着目してなされたもので、強い爆轟波を利用して、岩石の掘削，切削，破砕，硬質ガラス，陶器，コンクリート，金属類，宝石の原石等のカット，破砕，粉砕，更に採石用岩盤掘削，熱穿孔，熱破壊，リモートコントロールによる水中穿孔，同じく高所採石現場にビデオカメラによる中空，空冷穿孔機など、衝撃波の何倍も効率よく働く発生装置が、簡単かつ軽量に提供でき、とくに採石には防音、防塵装置安全据え付け可能な爆轟波発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【００１０】
（１）外周に空気供給と熱交換を兼ねた空気供給路を有する多重構造の筒構成を備えた燃焼筒に相当する内筒の基板部には、燃料噴射ノズルと空気供給用の小孔と点火手段を設け、前記燃料噴射ノズルより噴射される気化ガスに空気供給用の小孔より供給される少量空気を供給して高速旋回渦流を形成させて、点火手段により点火させて不完全燃焼状態の未燃ガスを生成させる第一燃焼室と、この第一燃焼室の前方に前記内筒の外周より前方に向けて高温高圧空気を吐出させて、乱流撹拌空気として形成できる第二燃焼室とを設け、第一燃焼室の前記不完全燃焼状態の未燃ガスを第二燃焼室内に連続供給して、第二燃焼室内で生成された乱流撹拌空気と混合して高熱火炎を生成し乍ら内筒内に急激な爆発膨脹を連続生成させ、順次と前方の爆轟波発生室に伝播させ、かつこの爆轟波発生室内に圧力波を発生させて順次と重畳して爆轟波を生成し、この爆轟波を先端のノズル部より吐出させることができるようにしたことを特徴とする爆轟波発生装置。
【００１１】
（２）内筒の基板部の小孔より第一燃焼室内に吐出させる空気量と、第二燃焼室に乱流空気として吐出させる空気の供給量とは、全体量を１００％とすると２０％：８０％程度の分割比であることを特徴とする前記（１）記載の爆轟波発生装置。
【００１２】
（３）筒状の内筒は、外筒と中筒との二重で抱持させ、外筒と中筒との二重構造の環状通路には、各筒の基部を保持する基端部に穿った燃焼空気供給孔と接続させたパイプを挿通し、このパイプより燃焼用空気を送給し、かつ中筒と内筒との間で未燃ガスの旋回流を起こさせ、第一燃焼室に続く第二燃焼室の前方に向けた多数の空気吐出ノズルよりの吐出された乱流状態の燃焼空気内に前記旋回流の未燃ガスを導入させて爆轟波を生成できるようにしたことを特徴とする前記（１）記載の爆轟波発生装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の一実施の形態を説明する。
【００１４】
始めに、図１によりこの発明の基本的構成の概要を説明する。
【００１５】
１は、燃焼筒に相当する筒状の内筒、２はこの内筒１の基部を固着した基板部で、中央に各種燃料供給用のノズル３、点火栓４、その他図示しない温度センサ等を設けてある。５は前記内筒１の外周に配設される中筒、６は最外層の外筒を示し、内筒１、中筒５および外筒６は同心円形に配設される。７は空気供給孔を示し、基板部２に環状に多数形成し、外筒６と中筒５との間の空気供給路８に均等に加圧供給できるようになっている。
【００１６】
９は、外筒６の先端部内側と中筒５の先端部に形成される切欠部を示し、空気供給路８の折返部を形成して、空気供給路８を通過して来る空気を、中筒５と内筒１との間の旋回流路１０への導入部を形成している。１１は旋回流路１０を形成する旋回羽根を示し、この旋回羽根１１の基端縁を内筒１に一体的に固着し、外端縁を中筒５に固着し、この中筒５の両端を自由端として形成して置くことにより、内筒１の熱膨張による内筒１の伸縮作用に中筒５に従動できるようにしてある。
【００１７】
１２は、基板部２において、空気供給路８より内筒１内に通ずる環状に配した燃焼空気供給用の小孔であって、燃料ノズル３より導入される燃料ガスを、点火栓４の働きにより燃焼させるための空気を、空気供給路８に供給される空気の全体の約２０％程度供給できる構成となっており、第一燃焼室Ａを構成し、旋回状態で未完燃焼ガス領域として機能する。
【００１８】
１３は、内筒１の第一燃焼室Ａの前方において、旋回流路１０の端部に相当する箇所で、内筒１の周壁に環状に、しかも内筒筒１の内筒壁に沿って斜め内方に向かって略同一に配した多数の空気吐出ノズルを示し、さらにこの空気吐出ノズル１３は、捻回した羽根１３ａを設けて内筒１の前方に向けて鋭角に形成するもので、旋回流路１０を通過することによって熱交換されて温度上昇した空気をそれぞれの空気吐出ノズル１３によって内筒１内に吐出させると共に、それぞれの空気吐出ノズル１３より吐出される旋回空気の相互の衝突によって撹拌した乱流状態を呈する第二燃焼室Ｂを形成できる。
【００１９】
１４は、この第二燃焼室Ｂの前方に形成される急激な爆発膨脹が連続して拡播して、圧力波を発生して順次と重畳する爆轟波発生室Ｃに続く爆轟波吐出ノズルを示す。
【００２０】
１５は、内筒１の先端に設けた爆轟波吐出ノズル１４の外周に形成される消音マフラーを示す。
【００２１】
叙上の構成に基づいて作用を説明する。
【００２２】
まず、燃料ノズル３より、気体または液体の燃料、例えばケロシンを用いて内筒１内の第一燃焼室Ａに噴霧し、かつ空気供給路８より分岐した、小孔１２より供給される約２０％の旋回する助燃空気とによって高速旋回渦流の混合気体が形成され、この混合気体に点火栓４の、例えばジェットエンジン用の点火栓プラグが間歇点火されて、不完全燃焼の活性燃焼気体が得られて前方へ進行する。
【００２３】
他方、空気供給路８を通り、切欠部９で内側に反転した供給空気は、旋回流路１０を通り、内筒１の燃焼温度で加熱された内筒１を冷却し、かつ熱交換された高温旋回空気は、第二燃焼室Ｂの入口の外周壁に設けられた、多数の空気吐出ノズル１３によって内筒１内に乱流状態で吐出し、第一燃焼室Ａで生成した活性化した未完全燃焼ガスを取り込み、空気混合ガス２０％が、８０％の乱流高圧空気と混合拡散し、急激な爆発的火炎燃焼を起こし、さらに急激な熱膨脹を派生して圧力波を生成し、燃焼波と重畳して爆轟波発生室Ｃにおいて、驚異的な爆発エネルギーに変換できるものである。
【００２４】
なお爆轟波は、吐出ノズル１４より前方に吐出されるが、その際の轟音を緩和するため、消音マフラー１５を設けてあるので実用上騒音を排除できる。
【００２５】
なお、前記した第二燃焼室Ｂから爆轟波発生室Ｃに至る爆轟波エネルギーの生成は、前方の爆轟波や圧力波などの波に後方の波が被さって速度を増し、そして更にこの被さった波が前の波に被さり、急激に成長して行くものと認められ、衝突によって始めて熱に変換され、同時に熱爆発、熱破壊となるもので、この爆轟波は音速状態の衝撃波が空中で減衰するのに対し、空中では減衰しないで直進できる特徴を有するため、爆轟波吐出ノズル１４の先端に、図示しない好みの直状の導波管を接続することにより、爆轟波による穿孔効果を向上できる。
【００２６】
以上この発明の基本的構成と、作用について説明したが、以下に他の具体的構成について実施の形態として説明する。
【００２７】
なお、図１と実質同一な構成および作用を呈する箇所には、同一の符号を付し、説明の詳細は省く。そして、特徴ある構成を以下に項を分けて説明する。
【００２８】
〔中筒５と外筒６との間の空気供給路８内のパイプ構成〕
空気供給路８には、燃焼用空気の供給のためのパイプ８ａを、基板部２の内側で、中筒５と外筒６との間に開口した空気供給孔７に基端を接続固着し、その先端を、中筒９の切欠部９で反対方向に曲折して、旋回流路１０内へ空気を供給できるように構成するもので、これにより外筒６を、内筒１，中筒５の熱膨脹に影響されないようにすると共に、爆轟波吐出ノズルを含めた各部構成部品の分解組立操作を有効に行われせることができる。
【００２９】
〔第二燃焼室Ｂの空気吐出ノズル１３〕
空気吐出ノズル１３には捻回した羽根１３ａを縦通介在させ、この捻回した羽根１３ａの働きによって、吐出する空気が有効に旋回流となって吐出することができるが、空気吐出ノズル１３は環状に多数配設してあるので、隣り合う空気吐出ノズル１３からの旋回流が互いに混合して乱流状態を呈すると共に、第二燃焼室Ｂ内において圧力波が発生し、第一燃焼室Ａから送り込まれる活性化状態の未完全燃焼ガスの高速燃焼が進行すると共に、圧力波は次第に増大し、順次と送り込まれる波が、波の重量作用を受けて、衝撃波，圧力波，燃焼波が加わって爆撃波となり爆轟波発生室Ｃでは驚異的な高エネルギーの爆轟波を生成できるものである。
【００３０】
〔燃焼筒として働く内筒１の過熱防止装置〕
内筒１内の第二燃焼室Ｂで爆轟的燃焼をさせる為に、燃焼時の筒内は乱流拡散火炎と言う高熱火炎が走る。そのため内筒１の金属が塑性，溶融するおそれがあり、この防止の為に内筒１を冷却する上に、水冷すると冷却の効率は良いが、装置の熱を４０％〜５０％の熱をうばい、熱の損失という不都合に加え、形状が大きく、水の循環機器と水の冷却装置を含むと、装置全体が５０％大きくなる。それに引き換え、反転式の供給空気を用いた空冷方式、即ち本発明における旋回流路１０による供給空気の冷却作用により、燃焼用の供給空気８０％で内筒１の金属の耐熱温度まで冷却が出来る金属、例えば２４００℃まで耐え得るモリブデン製の内筒１の熱を熱交換により除去するばかりでなく、その熱を１００％高圧高温燃焼空気として、内筒１内に旋回流として吐出させて有効利用することができるため、装置効率の３０％を稼いだもので、単純計算だが、水冷の効率６０％で空冷１３０％だとすると、空冷は水冷の約２倍の効率で、かつ水冷の半分の大きさで済むことが分る。
【００３１】
〔旋回流路１０による急冷熱交換構造〕
旋回流路１０は、内筒１と中筒５との間に形成されるが、旋回流路１０を構成する旋回羽根１０ａによって流路の旋回数を３０とし、内筒１の直径をＲとすれば、Ｒ×π×３０の長さが形成されたことに相当し、旋回羽根１０ａが無い場合の約１００倍程度の長さの冷却パイプが形成されたと同等となると共に、この旋回流路１０を流れる空気は高圧となり、かつ熱交換されて高速に通過し、有効な熱交換を行うことができる。その結果、内筒１内での高温高圧な爆轟現象にも耐え得る。
【００３２】
〔希釈空気による温度センサを使用した温度調整〕
内筒１の塑性防止のため、内筒１の中に例えば図２に示すように３箇所に温度センサＳが埋め込んである。そしてこの指示測定値は図示しない遠隔地に設けた操作盤とコンピューターに接続され、内筒１に通ずる逆止弁を備えたパイプ１６に設けた希釈空気調整弁１７と繋がり、一番温度の高いところの温度センサの指示で希釈空気調整弁１７が働いて、希釈空気が内筒１内に導入されて、危険な高温状態を瞬時に安全な温度に降下させて、温度の調整をすることができるように構成されている。
【００３３】
〔内筒１の熱膨脹による外筒６の逃げ構造〕
この装置の内筒１，外筒６は、いずれも肉厚は厚く形成するものであるが、ことに内筒１は爆轟波の発生により高温となり、外筒６に対し、大きく伸長ないし収縮する。そのため、外筒６を内筒１と一体的に結合する場合には、外筒６と内筒１との間で伸縮による歪が派生し、内筒１が著しい損傷を生じて、破損という予測し得ない事故に発展する虞があるので、外筒６は先端において内筒１または爆轟波吐出ノズル１４の構成部材１８と連結し、基端部６ａには一定間隔を置いてビス１９を必要数基板部２に向けて突出させ、外筒６の基端部６ａを基板部２の内側に設けた環状溝２０内に配設すると共に、環状溝２０の内端に穿ったビス１９の挿通孔２１よりビス１９の頭部１９ａを外部に突出させ、ビス１９の頭部１９ａと環状溝２０の外部との間にコイルスプリング２２を介在させて、このコイルスプリング２２の弾性張力によって外筒６の基端部６ａを伸縮可能に支持させることにより、上記不都合を解消する構成としてある。
【００３４】
〔爆轟波，圧力波搬送のための導波管管構成〕
爆轟波の吐出ノズル１４にはその先端に導波管２３を接続できるように構成し、直進性の爆轟波を導通させることができるもので、例えば導波管２３が１ｍ程度のものを用いてインチパイプ岩石花崗岩で１５ｍ／Ｈ穿孔できることを確認している。
【００３５】
この構成を用いることにより、他に岩石の掘削，切削，破砕，硬質ガラス，陶器，コンクリート，金属類，宝石の原石等のカットを効率よく実行できる。
【００３６】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、単にケロシンなどの灯油やガス等の液体または気体燃料を用いて、有効な爆轟波を発生させることが可能であって、あらゆる硬質な物質の破壊や穿孔など、土木用は勿論のこと工業用、広くは産業用に用いられてきわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の基本的構成を示す爆轟波発生装置の縦断説明図
【図２】  同じく一実施の形態を示す縦断面図
【図３】  爆轟波吐出ノズル１４と導波管との関係を示す分解した一部の斜面図
【符号の説明】
Ａ  第一燃焼室
Ｂ  第二燃焼室
Ｃ  爆轟波発生室
Ｓ  温度センサ
１  内筒
２  基板部
３  燃料ノズル
４  点火栓
５  中筒
６  外筒
６ａ  基端部
７  空気供給孔
８  空気供給路
８ａ  パイプ
９  切欠部
１０  旋回流路
１０ａ  旋回羽根
１１  旋回羽根
１２  小孔
１３  空気吐出ノズル
１３ａ  捻回した羽根
１４  爆轟波吐出ノズル
１５  消音マフラー
１６  パイプ
１７  希釈空気調整弁
１８  構成部材
１９  ビス
１９ａ  頭部
２０  環状溝
２１  挿通孔
２２  コイルスプリング
２３  導波管
２４  パッキン
２５  ナット
【図１】
0003692127.tif 000002
【図２】
0003692127.tif 000003
【図３】
0003692127.tif 000004