(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多管式パルスデトネーションエンジンであって、
ａ．入口マニホールドを中心として半径方向に配置された同時に点火されるバルブレスの複数のデトネーション管を備え、
ｂ．各デトネーション管が、別個の排気口を有し、
ｃ．前記複数のデトネーション管が、前記入口マニホールドで相互に接続され、
ｄ．前記入口マニホールドが、空気／燃料混合吸入ポートを有しており、
ｅ．前記入口マニホールドが、各デトネーション管と流体流通する複数のマニホールド出口を有しており、
ｆ．前記マニホールド出口が、前記入口マニホールドの半径方向中心から半径方向外側に向かっており、
ｇ．空気および燃料の混合物が、前記デトネーション管で同時に爆発され、
ｈ．前記マニホールド出口が、前記入口マニホールドの中心に対して半径方向に対向しており、複数の逆方向の衝撃波を互いの方向に向かわせ、互いの反応面として背圧を有効に使用し、この逆方向の複数の衝撃波が、出会うことにより前記入口マニホールドの上流での拮抗作用によって弱められ、前記空気および燃料の混合物の爆発により生じる背圧を最小化することを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記デトネーション管内に配置された乱流発生装置をさらに備え、この乱流発生装置が、火炎速度を加速させるように動作可能に構成されていることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記乱流発生装置が、各デトネーション管のデトネーションチャンバ部分の長さに沿って螺旋形の経路を有することを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項４】
請求項１に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
ａ．前記デトネーション管への前記吸入ポート内に配置される拡散機構をさらに備え、前記拡散機構が、先細ノズル、末広ノズル、多孔板または流体ダイオードからなる群から選択され、
ｂ．前記拡散機構が、順流と比較して、より高い制限を逆流に与えることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項５】
請求項１に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記吸入ポートが、空気バルブをさらに備えることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項６】
請求項１に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
各デトネーション管の排気が１の排気出口にまとめられることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項７】
請求項６に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記デトネーション管の排気出口が、タービンに結合され、前記タービンが、当該多管式パルスデトネーションエンジン内の燃焼プロセスから機械的動力を生成するように構成されていることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項８】
請求項７に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記タービンが、容積式運動デバイスであることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項９】
請求項１に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記デトネーション管が非直線的であることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１０】
請求項９に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記非直線的なデトネーション管が、ほぼ１８０°の円弧を含むことを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１１】
請求項９に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
統合された先細アダプタノズルをさらに備えることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１２】
多管式パルスデトネーションエンジンであって、
ａ．入口マニホールドを中心として半径方向に配置された同時に点火されるバルブレスの複数のデトネーション管を備え、
ｂ．各デトネーション管が、別個の排気口を有し、
ｃ．前記複数のデトネーション管が、前記入口マニホールドで相互に接続され、
ｄ．前記入口マニホールドが、吸入ポートを有しており、
ｅ．前記入口マニホールドが、各デトネーション管と流体流通する複数のマニホールド出口を有しており、
ｆ．前記マニホールド出口が、前記入口マニホールドの半径方向中心から半径方向外側に向かっており、
ｇ．各デトネーション管が、少なくとも１の燃料インジェクタをさらに備え、この燃料インジェクタが前記デトネーション管と流体流通可能に接続されてデトネーション管に燃料を提供するものであり、
ｈ．空気および燃料の混合物が、前記デトネーション管で同時に爆発され、
ｉ．前記マニホールド出口が、前記入口マニホールドの中心に対して半径方向に対向しており、逆方向の衝撃波を互いの方向に向かわせ、この逆方向の複数の衝撃波が、出会うことにより前記入口マニホールドの上流での拮抗作用によって弱められ、背圧を最小化することを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１３】
請求項１２に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記デトネーション管内に配置された乱流発生装置をさらに備え、この乱流発生装置が、火炎速度を加速させるように動作可能に構成されていることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１４】
請求項１３に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記乱流発生装置が、各デトネーション管のデトネーションチャンバ部分の長さに沿って螺旋形の経路を有することを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１５】
請求項１２に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記デトネーション管への吸入ポート内に拡散機構が使用され、前記拡散機構が、ラバルノズル、多孔板または流体ダイオードから成る群から選択されることができ、前記拡散機構が、前方向と比較して、より高い制限を逆流に与えることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１６】
請求項１２に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記空気吸入ポートには、空気バルブが備えられていることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１７】
請求項１２に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
各デトネーション管の排気が１の排気出口にまとめられることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１８】
請求項１７に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記デトネーション管の排気出口が、タービンに結合されて、燃焼生成物から機械的動力が生成されることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項１９】
請求項１８に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記タービンが、容積式運動デバイスであることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項２０】
請求項１２に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記デトネーション管が非直線的であることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項２１】
請求項２０に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
前記非直線的なデトネーション管が、ほぼ１８０°の円弧を含むことを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【請求項２２】
請求項２０に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、
単一の排気出口に収束する統合された先細アダプタノズルをさらに備えることを特徴とする多管式パルスデトネーションエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼エネルギー発電の分野、より詳細には、パルスデトネーション燃焼の分野に関するものである。
【０００２】
［関連出願］
本願は、２０１０年６月１５日に出願された米国出願第６１／３５４，８２９号の優先権の利益を主張する。この出願は、引用により本明細書に援用されるものである。
【背景技術】
【０００３】
パルスデトネーション技術には、その高効率発電の可能性により、過去数十年間、強い関心が寄せられている。パルスデトネーション操作および設計、並びにパルスデトネーション燃焼器の改善に関する数多くの研究が行われている。パルスデトネーション燃焼器の大きな課題の一つは、デトネーションプロセス中に生成される圧力パルスの制御と、それらの吸入管路に対する影響の分離である。パルスデトネーションエンジン用の様々な入口バルブに関する幾つかの特許が存在する。アクティブバルブと同様に機能するパッシブな空力特性を設計する幾つかの研究が存在する。燃焼器のそれら特徴は、可動構成要素を利用せずに、デトネーションプロセス中の吸入管路に作用する背圧を低減する。それら燃焼器は、バルブレス・パルスデトネーションエンジン（燃焼器）と呼ばれている。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書には、バルブレス多管式パルスデトネーションエンジンであって、複数のデトネーション管を備え、各デトネーション管が、別個の排気口を有し、複数のデトネーション管が、共通の空気／燃料混合吸入ポートで相互に接続されるバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンが開示されている。開示のエンジンでは、空気および燃料の混合物が、デトネーション管で同時に爆発されるようになっており、共通の空気／燃料混合吸入ポートが、複数の逆方向の衝撃波を互いの方向に向かわせ、互いの反応面（reacting surfaces）として背圧を有効に使用し、逆流する衝撃波が上流に向かって移動する影響を有効に低減することによって、空気／燃料の混合物の爆発により生じる背圧を最小化する。
【０００５】
上述したバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、デトネーション管内に位置する乱流発生装置をさらに備えることができ、この乱流発生装置が、火炎速度を加速させるように動作可能に構成されている。乱流発生装置は、各デトネーション管のデトネーションチャンバ部分の長さに沿って螺旋形の経路を有するものであってもよい。
【０００６】
上述したバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、燃焼チャンバへの入口ポート内に配置される幾何学的機構（geometrical features）をさらに備えることができ、この幾何学的機構が、先細ノズル（convergent nozzles）、末広ノズル（divergent nozzles）、多孔板または流体ダイオードからなるリストから選択される。それら幾何学的機構は、順流と比較して、より高い制限を逆流に与える。
【０００７】
請求項１に記載の多管式パルスデトネーションエンジンにおいては、共通の空気吸入ポートが空気バルブ３２をさらに備える。
【０００８】
開示のバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、各デトネーション管の排気が１の排気出口にまとめられる構成とすることができる。この実施形態は、統合された先細アダプタノズル（unified convergent adapter nozzle）を含むことができる。
【０００９】
一態様では、開示のバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、デトネーション管の出口が、タービンに結合され、このタービンが、バルブレス多管式パルスデトネーションエンジン内の燃焼プロセスから機械的動力を生成するように構成されている。このタービンは、一態様では、容積式運動デバイス（positive displacement motion device）である。そのような容積式運動デバイスの一態様は、引用によって本明細書に援用される米国特許第５，７５５，１９６号に開示されている。
【００１０】
一実施形態では、デトネーション管が非直線的である。非直線的な構成の一例として、非直線的なデトネーション管がほぼ１８０°の円弧を含むことが示される。
【００１１】
バルブレス多管式パルスデトネーションエンジンであって、複数のデトネーション管を備え、各デトネーション管が、別個の排気を有するバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンが開示される。一態様では、複数のデトネーション管が、共通の空気吸入ポートで相互に接続され、各デトネーション管が、少なくとも１の燃料インジェクタをさらに備え、この燃料インジェクタがデトネーション管と流体接続されてデトネーション管に対して燃料を提供する。この実施形態は、空気および燃料の混合物が、デトネーション管で同時に爆発されるものとし、共通の空気吸入ポートが、逆方向の衝撃波を互いの方向に向かわせ、互いの反応面として衝撃圧力を有効に使用し、逆流する衝撃波が上流に向かって移動する影響を有効に低減することによって、背圧を最小化するように動作可能に構成されるものとすることができる。
【００１２】
上述したバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、デトネーション管内に位置する乱流発生装置をさらに備えることができ、この乱流発生装置が、火炎速度を加速させるように動作可能に構成されている。乱流発生装置は、各デトネーション管のデトネーションチャンバ部分の長さに沿って螺旋形の経路を有することができる。
【００１３】
上述したバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、燃焼チャンバへの入口ポート内に配置される幾何学的機構をさらに備えることができ、この幾何学的機構を、ラバルノズル（convergent divergent nozzles）、多孔板または流体ダイオードとすることができ、それらが、前方向と比較して、より高い制限を逆流に与える。上述したバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、共通の空気入口に空気バルブを含むことができる。
【００１４】
上述したバルブレス多管式パルスデトネーションエンジンは、各デトネーション管の排気が１の排気出口にまとめられる構成とすることができる。一態様では、統合された先細アダプタノズルが、個々の排気を単一の排気出口に収束するために使用される。デトネーション管の出口は、容積式運動デバイスのようなタービンに結合されて、燃焼生成物から機械的動力が生成されるものであってもよい。
【００１５】
バルブレス多管式パルスデトネーションエンジンにおいて、デトネーション管は非直線的なものであってもよい。非直線的なデトネーション管は、１８０°以下またはそれ以上の円弧を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、一態様の燃焼器の等角図である。
【図２】図２は、一態様の燃焼器の断面、デトネーションプロセスの第１段階、燃焼器における衝撃／波−火炎前面の伝播を示している。
【図３】図３は、一態様の燃焼器の断面、デトネーションプロセスの第２段階、燃焼器における衝撃／波−火炎前面の伝播を示している。
【図４】図４は、一態様の燃焼器の断面、デトネーションプロセスの第３段階、燃焼器および吸入マニホールドにおける衝撃／波−火炎前面の伝播を示している。
【図５】図５は、一態様の燃焼器の断面、デトネーションプロセスの第４段階、燃焼器および吸入マニホールドにおける衝撃／波−火炎前面の伝播を示している。
【図６】図６は、一態様の燃焼器の断面、デトネーションプロセスの第５段階、燃焼器および空気入口における衝撃／波−火炎前面の伝播を示している。
【図７】図７は、一態様の燃焼器の断面、デトネーションプロセスの第６段階、燃焼器における衝撃／波−火炎前面の伝播を示している。
【図８】図８は、アダプタノズルおよび単一排気口を有する燃焼器の一実施形態を示している。
【図９】図９は、燃焼器の非線形管の実施形態の等角図を示している。
【図１０】図１０は、図９に示す実施形態の前面または端面図を示している。
【図１１】図１１は、図９に示す実施形態の側面図を示している。
【図１２】図１２は、図９に示す実施形態の側面視断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に開示の多管式バルブレス燃焼器は、一態様では、吸入部、燃焼開始チャンバ、デトネーションチャンバおよび排気ノズルにより構成されている。燃焼器は、可動部品無しに（燃料インジェクタを除く）作動し、空気流路ではバルブが利用されない。燃焼器の動作は、空気スロットル、燃料注入および点火システムによって制御される。
【００１８】
［燃焼器の構造］
図１を参照すると、燃焼器１は、一態様では、パルスデトネーション原理に基づいて作動するものであり、燃料が定容量で瞬時に燃焼（爆発）されて、結果として得られる高圧、高温の生成物が燃焼器の排気口２から流出する。
【００１９】
図２の断面図を参照すると、空気が空気入口５を介して燃焼器に流入する。流入空気は、燃焼器に入る前に、排ガスによって、あるいは燃焼器の壁を介して伝わる熱によって、予熱されるものであってもよい。燃料は、空気流中に注入されて、入口マニホールド４で空気と混合される。入口マニホールドは、１の空気入口５と、複数のマニホールド出口６を有する。各マニホールド出口は、１のデトネーション管７に接続されている。各デトネーション管７は、燃焼チャンバ８およびデトネーションチャンバ９を有する。
【００２０】
燃焼器自体はバルブレスであるが、燃焼器自体の外部で吸入バルブ３２を利用するようにしてもよい。
【００２１】
入口マニホールドにおける空気と燃料の混合を改善するために、シェルキンスパイラル（Shchelkin spirals）のような乱流発生装置１３を利用するようにしてもよい。燃焼チャンバおよび吸入マニホールドは、燃焼およびデトネーションプロセス中のチャンバ入口３内への逆流を最小化しつつ、デトネーション管７間で空気・燃料を均等に分配する拡散機構を備えるものであってもよい。拡散機構３６は、一態様では、ラバルノズル、多孔板、表面の凹凸またはその他の幾何学的若しくは空気力学的機構であってもよい。一態様では、燃焼制御のために、空気流中において、可動部品は利用されない。
【００２２】
図２乃至図７に示す動作の一モードにおいては、燃焼チャンバ８およびデトネーションチャンバ９が必要量の空気・燃料混合物でほぼ満たされると、燃料注入プロセスが停止される。所定のタイムラグの後、イグナイタ１０が作動されて、燃焼が開始される。燃焼チャンバの火炎前面１１は、図２および図３に示すように、当初はほぼ球状である。燃焼が続く間、火炎前面は、燃焼されていない混合物１２によって膨張する。燃焼熱が放出される間、火炎前面は、閉鎖空間内の放熱により高速に加速される。火炎加速は、シェルキンスパイラルのような乱流発生装置またはその均等物を利用することにより、大きくすることができる。火炎速度は、火炎前面が超音速の定速度で移動するチャップマンジュゲー（Ｃ−Ｊ）条件に達するまで増加する。この条件の火炎前面は、圧縮衝撃波に結合（接続）され、それが、定容量デトネーションプロセスを介して燃焼生成物の圧力および温度を上昇させる。Ｃ−Ｊ条件は、最大デトネーション圧および火炎速度を決定し、燃料種類、デトネーション混合物、圧力および温度の関数となる。したがって、デトネーションは、燃焼生成物１５の圧力および温度の上昇をもたらす。燃焼ガス生成物の圧力は、入口部分の空気圧よりも高い。よって、衝撃波１６は、図４−６に示すように、燃焼器入口へと伝播する。各デトネーションで幾つかの燃焼チャンバを有することにより、複数の衝撃波が同時に伝播する。その結果、それら衝撃波は、図６に示すように、入口マニホールド４に集中する。衝撃波の収束および入口マニホールド４の拡散機構は背圧を低下させ、よって注入流への大幅に減少した背圧の影響で、デトネーション管内で圧力が上昇する。これは、デトネーション管内で圧力を上昇させ、それは、推力発生用途のために、スラスト板１７上に高い推力をもたらし、あるいは、仕事抽出およびタービン発電のために、燃焼器の出口で高い圧力をもたらす。空気入口５は、空気吸入管路の背圧を最小化する機構を考慮して設計することができる。
【００２３】
デトネーション管は、別個の排気を有することができ、あるいは図８の実施形態では、２またはそれ以上のデトネーション管１８の排ガスを統合ノズルアダプタ１９に合流させて、単一の排気出口２０を形成することができる。衝撃波は、排気ノズルに向けて案内され、排気ノズルは、（推力発生のために）外気に開放することができ、または機械的動力生成のために、拡張器に取り付けることができる。デトネーションが完了すると、燃焼チャンバ内の圧力が低下し始め、パージプロセスのために空気が燃焼器に入れられる。パージプロセスが完了した後、次のデトネーションサイクルのために、燃料注入が再び開始される。
【００２４】
パルスデトネーション燃焼器は、一態様では、２または多数のデトネーション分岐（管）を有するものとして示されている。すべてのデトネーション管は、実質的に同時に作動されるものであってもよい。
【００２５】
デトネーション管７は、各々がただ一つの燃焼チャンバ８により供給されており、個々の管７の衝撃波が、高圧デトネーション段階中に、相互作用して、吸入マニホールド４内の逆流を最小化するように構成されている。
【００２６】
一態様では、各燃焼チャンバ８へのチャンバ（空気）入口３は、最小量の背圧が空気入口５に伝えられるように設計されている。
【００２７】
デトネーション管７の排気２は、図８に示すように、１の排気出口２０に結合させるようにしても、あるいは図１乃至図６に示すように、複数の排気出口に結合させるようにしてもよい。デトネーション出口は、外気に向けられるものであっても（推力発生用途）、あるいは軸動力発生のために１または複数のタービンに向けられるものであってもよい。
【００２８】
バルブレスで作動するパルスデトネーション燃焼器を開示している３件の関連特許が存在する。それら燃焼器設計のうちの２つは、燃料注入に対する制御が存在しないため、点火システムのみによって制御される。したがって、それら燃焼器内への空気および燃料の連続的な流れが存在し、次サイクルの燃料注入の前に燃焼生成物の効率的なパージを実行することはできない。ユナイテッドテクノロジーズ（引用により本明細書に援用される米国特許第６，５８４，７６５号）により開示される一つの概念は、空気および燃料のために角度の付いた入口を使用して、燃焼器の閉鎖端に位置する点火プラグに向けて混合物を押し出すというものである。また、空気および燃料の注入のために回転ディスクが使用されている。この概念は、“バルブレス”パルスデトネーションエンジン（ＰＤＥ）と呼ばれているが、入口でバルブが使用されている。この概念は、真空出口圧力と密接な関係を有しており、宇宙船の推力発生のために提案されている。別の概念は、Ｓｈｉｍｏ等（引用により本明細書に援用される米国出願第２００７／０２４５７１２号）によって開示されるものであり、吸入管路における背圧を低下させるために、多孔板、大きな燃焼チャンバおよび長い入口部分の組合せが提案されている。
【００２９】
また、引用により本明細書に援用されるゼネラルエレクトリック社の米国特許第６，６６６，０１８号は、標準のジェットエンジンと組み合わされるハイブリッドのパルスデトネーションエンジンを公表している。この特許には、“一実施形態では、システムは、事前燃焼デバイスを組み込んだ連続的なデトネーション・バルブレスシステムにより制御される。”と記載されている。これは、米国特許第６，９８３，５８６号に開示された２段階パルスデトネーション燃焼器に関連している。この概念において、パルスデトネーション燃焼器は、主バーナまたはオーグメンタとして標準ジェットエンジンに利用されている。この特許は、独立に作動する多管式スタンドアロン・パルスデトネーション燃焼器を述べている。各燃焼器は、その他の燃焼器とは独立に作動し、一つの燃焼器デトネーションは、その他のデトネーション管に影響を与えることはない。この概念は、デトネーション管が相互作用するこの開示に提示される概念とは本質的に異なる。この開示のその他の新規な特徴には、新規な空気・燃料混合構造、空気予熱構造、および空気入口マニホールドが含まれる。
【００３０】
本明細書に開示の概念は、以下の幾つかの点において、これまでの設計とは異なる。すなわち、開示の燃焼器１は、多管式パルスデトネーション燃焼器である。デトネーション管７は、同相で作動され、デトネーションは、すべてのデトネーションチャンバ９において同時に実行される。従来の多管式燃焼器においては、デトネーションは、通常は、動作中の衝撃および出力変動を低減するために、各デトネーション管で、異なるタイミングで実行される。
【００３１】
一態様では、空気入口５は、複数のデトネーションチャンバ９間で共有されている。チャンバ入口３に向かってデトネーション管７から出る逆向きの圧力波は、拡散機構により弱められるとともに、それらが入口マニホールド４内の同じ領域に向かい、互いに影響を弱めるように導かれる。デトネーションパルスの拮抗作用は、入口５への背圧の影響を低減する。幾つかの従来の多管式燃焼器の特許には、各燃焼管がその他の管と独立に作動することができるように、各デトネーション管の連結されていない入口が記載されている。
【００３２】
少なくとも１の実施形態において、開示の燃焼器１は、空気入口５へのデトネーション背圧の影響を低減するために、多孔板またはその他の拡散機構を利用することができる。ラバルノズルおよび圧力パルスの収束および相互作用を利用することにより、そのような効果が与えられる。幾つかの従来の特許は、機械バルブを利用しているが、幾つかのバルブレス・パルスデトネーション燃焼器の特許が存在し、例えば、引用により本明細書に援用される米国特許出願第２００７／０２４５７１２号には、バルブレス動作が記載されている。この従来設計は、上流および吸入管路における衝撃波の影響を低減するために、多孔板を必要としている。
【００３３】
燃焼器の配管は、図９乃至図１２に示すように、湾曲され、屈曲され、あるいは螺旋状または非線形なものにすることができる。一実施形態では、燃焼器の配管を、互いに結合される幾つかのＵ字状の管により形成することができる。別の実施形態では、燃焼器の配管は螺旋形状を有することができる。燃焼器の曲げ半径は、作動中にデトネーション波伝播速度を維持するために、燃焼チャンバの直径よりも大きくすべきである。燃焼チャンバの曲率は、乱流発生装置（例えば、シェルキンスパイラル）に対する必要性を取り除かないものであってもよく、デフラグレーションからデトネーションへの遷移（ＤＤＴ）距離を低減するために、火炎加速器を含ませるようにしてもよい。火炎加速器のプロファイルが燃焼器のそれに従うことが望ましい場合がある。
【００３４】
出口ノズルは、拡張器に流入するときに流れ圧力を増加させるために、燃焼器の排気口、拡張器入口の上流で利用することができる。ノズルは、拡張器用途および使用加重に応じて、様々な断面のバリエーション（収束または発散）を有することができる。例えば、高圧が要求される場合、拡張器入口で流速を低下させてガスの圧力を上昇させるために、発散ノズルが用いられることとなる。
【００３５】
燃焼器は、１または複数の燃焼およびデトネーションチャンバを有するように構成することができ、結合された各燃焼／デトネーションチャンバのペアは、個々の排ガスが合流されてタービンに向けて導かれるスタンドアロンの燃焼システムとして作動する。この構成では、デトネーションチャンバにおける燃焼プロセスが、同時にではなく、順次行われ、それが、タービンに対してより平滑な出力を与える。
【００３６】
図１乃至図１２は、多管式パルスデトネーション燃焼器の様々な図面を示している。空気および燃料は、上流で混合されて、入口ノズルを介して燃焼チャンバに流れ込むようにしてもよい。必要量の燃焼混合物が注入された後、燃料インジェクタ３４が閉じられ、複数の点火源により同時に、燃焼チャンバにおいて点火が開始される。点火源は、火花点火、レーザ、プラズマまたはその他の点火源とすることができる。火炎前面は、デトネーション管内で火炎加速器を通過する際に、加速される。火炎加速器は、デトネーション管内における如何なる乱流発生機構であってもよい。２つの燃焼器の排気口は、（図１乃至図３に示すように）独立であっても、（図４乃至図６に示すように）共有であってもよい。衝撃波および燃焼生成物は、高圧および高温で排気口から流出する。その後、燃焼器はパージされて、次のデトネーションサイクルが開示される。
【００３７】
図１−８においては、６つの円形デトネーションチャンバ及び１つの燃料インジェクタ３４を有する燃焼器の実施形態が示されている。開示のエンジンは、６つのデトネーションチャンバを有する実施形態に限定されることを意図するものではなく、２またはそれ以上のデトネーションチャンバを有する実施形態を含むものである。
【００３８】
図２乃至図７は、一態様における燃焼器の断面、デトネーションプロセスおよび燃焼器内の衝撃／波−火炎前面の伝播を示している。
【００３９】
図８は、統合ノズルおよび単一の排気口を有する燃焼器の一実施形態を示している。燃焼器の排ガスは、互いに結合されて、燃焼器の各燃焼管のために、１の統合排気口を与える。一態様では、すべてのデトネーションチャンバがほぼ同時に作動されることから、ノズル効果を有さない排気ノズルのために、単一の排気口の断面積が、すべてのデトネーションチャンバの断面の合計と等しくなるようにしてもよい。しかしながら、排気口は、燃焼チャンバの動作点に基づいて排気条件（圧力、温度および速度）を調整するノズルセット（収束または発散）から構成されるものであってもよい。例えば、図９において、排気ノズル２２の断面は、４つの燃焼チャンバ２８の総断面積よりも小さくてもよく、それにより統合収束排気ノズル２２を得ることができる。
【００４０】
多管式バルブレス燃焼器２１の一態様では、デトネーションチャンバが、図１２に示すように、入口マニホールド２４を介して互いに連結されて、１の燃焼チャンバ２８における圧力変動がその他のデトネーションチャンバに影響を与えることとなる。
【００４１】
パルスデトネーションデバイスまたは燃焼器２１のデトネーション管２７は、図９乃至図１２に示すように、屈曲または湾曲されるものであってもよい。可能であれば、図９乃至図１２に示す湾曲設計の構成要素には、前に数字２を加えて、前述した実施形態と同様の符号を使用する。例えば、前述した実施形態では、符号７が各デトネーション管を示すために使用されていたのに対して、湾曲した実施形態では、デトネーション管が符号２７で特定される。多管式燃焼器のデトネーション管２７は、湾曲され、屈曲され、または曲げられる。デトネーション波が、低曲率の屈曲部３１については、デトネーションチャンバの非線形軸に従うことができることが実験により確認されている。したがって、燃焼チャンバ２８を湾曲させ、屈曲させ、または非線形として、よりコンパクトな設計を得ることができる。この屈曲設計は、単一または多管式の燃焼器に適用される。
【００４２】
図９乃至図１２に示される実施形態は、前述した実施形態の図７のデトネーション管７と同様の機能を有するデトネーション管２７を備える単一の統合排気口を示しているが、同じ湾曲構成のデトネーション管２７を、代替使用として、図１に示す複数排気口構造に組み込むことができる。
【００４３】
本発明を幾つかの実施形態の記載により説明するとともに、例示的な実施形態を詳細に説明してきたが、添付の請求項の範囲をそのような細部構成に制限または多少なりとも限定することを出願人は意図するものではない。添付の請求項の範囲内の追加的な利点および変更は、当業者に容易に明らかなものとなるであろう。したがって、本発明はそのより広い側面において、具体的な細部構成、代表的な装置および方法、および開示および記載した例示的な実施例に限定されるものではない。よって、出願人の一般概念の範囲または趣旨から逸脱することなく、そのような細部構造に変更を加えることができるものである。
【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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