(57)【要約】【課題】可変流体流量制御システムを提供すること。【解決手段】可変流体流量制御システム（１０）が、可動の境界壁（３８）を有する流体振動子（１２）を含む。加圧ガス源（４０）が、可動の境界壁（３８）に結合され、加圧ガス流を可動の境界壁（３８）に供給し境界壁（３８）を作動させるように構成されている。境界壁（３８）は、流体振動子（１２）内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子（１２）によって生成される脈動流体の流れの振動数を制御する。流体振動子（１２）によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、流体の一部分が流体振動子（１２）を迂回させられる。【選択図】図１
2011017436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動の境界壁（３８）を備える流体振動子（１２）と、
前記可動の境界壁（３８）に結合され、加圧ガス流を前記可動の境界壁（３８）に供給し前記境界壁（３８）を作動させるように構成された加圧ガス源（４０）とを備え、
流体の一部分が前記流体振動子（１２）を迂回して前記流体振動子（１２）によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御し、又は、前記境界壁（３８）が前記流体振動子（１２）内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、これにより前記流体振動子（１２）によって生成される前記脈動流体の流れの振動数を制御し、あるいは、この２つの組合せの制御を行う、可変流体流量制御システム（１０）。
【請求項２】
前記可動の境界壁（３８）が、少なくとも１つのピストン（４２、４４、４６、４８、５０、５２）およびシリンダ（５４、５６、５８、６０、６２、６４）を備え、前記ピストン（４２、４４、４６、４８、５０、５２）が前記シリンダ（５４、５６、５８、６０、６２、６４）内に作動可能に配置され、前記ピストン（４２、４４、４６、４８、５０、５２）が、前記加圧ガス流が供給されたことに応答して作動可能である、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記可動の境界壁（３８）が少なくとも１つのベロー（１０８）を備え、前記ベロー（１０８）が、前記加圧ガス流が供給されたことに応答して作動可能である、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記可動の境界壁（３８）が少なくとも１つのダイアフラム（９０）を備え、前記ダイアフラム（９０）が、前記加圧ガス流が供給されたことに応答して作動可能である、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記流体振動子（１２）に供給されるガスの圧力を制御するように構成された振動数制御デバイス（１２０）をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項６】
振幅制御デバイスをさらに備え、前記流体の一部分が、前記流体振動子（１２）を迂回して前記振幅制御デバイスに供給され、前記流体振動子（１２）によって生成される前記脈動流体の振幅を制御する、請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項７】
少なくとも１つの燃焼器（１２４）内の燃焼を制御するための可変燃料流量制御システム（１１４）であって、
可動の境界壁（１００）を備える流体振動子（１１６）と、
前記可動の境界壁（１００）に結合され、加圧ガス流を前記可動の境界壁（１００）に供給し前記境界壁（１００）を作動させるように構成された加圧ガス源（１０２）と、
前記流体振動子（１１６）および前記少なくとも１つの燃焼器（１２４）に結合された燃料ノズルまたはバーナ（１２２）とを備え、
前記流体振動子（１１６）が、前記燃料ノズルまたはバーナ（１２２）に脈動燃料流を供給するように構成されており、
前記流体振動子（１１６）によって生成される脈動燃料の流れの振幅を制御するように、燃料の一部分が流体振動子（１１６）を迂回させられ、前記境界壁（１００）が、前記流体振動子（１１６）内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより前記流体振動子（１１６）によって生成される前記脈動燃料の流れの振動数を制御する、可変燃料流量制御システム（１１４）。
【請求項８】
可動の境界壁（８２）を備える流体振動子（８０）と、
前記可動の境界壁（８２）に結合され、加圧ガス流を前記可動の境界壁（８２）に供給し前記境界壁（８２）を作動させるように構成された加圧ガス源（８４）とを備え、
少なくとも１つの流体境界層の抵抗を制御するために、前記流体振動子（８０）によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、流体の一部分が前記流体振動子（８０）を迂回させられ、あるいは、少なくとも１つの流体境界層の抵抗を制御するために、境界壁（８２）が、前記流体振動子（８０）内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより前記流体振動子（８０）によって生成される前記脈動流体の流れの振動数を制御し、あるいはそれらの組合せである、可変流体流量制御システム（７８）。
【請求項９】
少なくとも１つの燃焼器の動圧変動、少なくとも１つの流体境界層（１４４）の抵抗、またはそれらの組合せを検出するように構成されたセンサ（１５０）と、
可動の境界壁（１００）を備える流体振動子（１４３）と、
前記可動の境界壁（１００）に結合され、加圧ガス流を前記可動の境界壁（１００）に供給し前記境界壁（１００）を作動させるように構成された加圧ガス源（１０２）とを備え、
振幅設定値に基づいて、前記流体振動子（１４３）によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、流体の一部分が前記流体振動子（１４３）を迂回させられ、境界壁（１００）が、振動数設定値に基づいて、前記流体振動子（１４３）内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより前記流体振動子（１４３）によって生成される前記脈動流体の流れの振動数を制御し、前記脈動流体の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せが、前記少なくとも１つの燃焼器の動圧変動、前記少なくとも１つの流体境界層（１４４）の抵抗、またはそれらの組合せを制御するように制御される、開ループ可変流体流量制御システム（１４２）。
【請求項１０】
少なくとも１つの燃焼器（１６８）の動圧変動、少なくとも１つの流体境界層の抵抗、またはそれらの組合せを検出するように構成されたセンサ（１６４）と、
可動の境界壁（１００）を備える流体振動子（１５６）と、
前記可動の境界壁（１００）に結合され、加圧ガス流を前記可動の境界壁（１００）に供給し前記境界壁（１００）を作動させるように構成された加圧ガス源（１０２）と、
前記センサ（１６４）および前記流体振動子（１５６）に結合されたコントローラ（１６６）とを備え、
前記コントローラ（１６６）が、前記流体振動子（１５６）によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、センサ出力に応答して、前記流体振動子（１５６）を迂回する流体の一部分の流れを制御するように構成され、前記コントローラ（１６６）が、前記センサ出力に応答して、前記流体振動子（１５６）内のキャビティ容積を変えるように前記境界壁（１００）を作動させるのを制御するように構成され、それにより前記流体振動子（１５６）によって生成される前記脈動流体の流れの振動数を制御し、前記脈動流体の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せが、前記少なくとも１つの燃焼器（１６８）の動圧変動、前記少なくとも１つの流体境界層の抵抗、またはそれらの組合せを制御するように制御される、閉ループ可変流体流量制御システム（１５４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に可変（ｔｕｎａｂｌｅ）流体流量制御システムに関し、より詳細には、燃焼器内の動圧変動、流体境界層の抵抗（ｄｒａｇ）、またはそれらの組合せを制御するための可変流体振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼を使用する一応用例では、現在、希薄予混合燃焼（ＬＰＣ）が、ガスタービン燃焼器に関する高い効率を維持しながら排出物を実質的に削減するための最も有望な概念の１つである。この燃焼モードは、過剰空気を用いて運転され、燃焼器内の火炎温度を許容されるレベル、典型的には１８００ケルビン未満に低減する。これらの火炎温度では、熱ＮＯＸ（窒素酸化物）の生成が事実上なくなり、即発（ｐｒｏｍｐｔ）ＮＯＸの生成は無視できる程度である。この本質的な利益は、いくつかの潜在的な欠点によって相殺される可能性がある。ＬＰＣシステムは、火炎安定性、騒音の問題を有する可能性があり、システムの動的応答（燃焼不安定性）を示す可能性がある。
【０００３】
燃焼動特性（または不安定性）は、希薄予混合燃焼システムが遭遇する周知の問題であり、運転上の制限、さらには潜在的なハードウェアダウンタイムに通じる。燃空比の変動が、燃焼動特性をもたらす上で極めて重要な役割を果たす可能性がある。この動特性を抑制するための従来の手法は、機械的作動式システムを使用し、安定性をもたらすように燃料流変動を生成することを含む。しかし、これらの機械的作動式システムは、機械的作動式システムの特徴的な応答周波数（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）および寿命が制限されるという欠点を有する。
【０００４】
他の応用例では、ポンピングのために、または燃焼器もしくはタービンなど下流のデバイスに流体を送るために、たとえば遠心圧縮機を使用し、空気など気体状流体の圧力を増大する。圧縮荷重が広範囲にわたって変動する応用例に遠心圧縮機を使用する上で生じる欠点の１つは、圧縮機を介した流れの不安定化（すなわち、境界層はがれ）である。流れの不安定化を抑制するための従来の手法は、機械的作動式システムを使用して、脈動ガス流を生成し、圧縮機を介した流れを安定化することを含む。しかし、これらの機械的作動式システムは、機械的作動式システムの特徴的な応答周波数および寿命が制限されるという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１５６３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、可変流体流量制御システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的な一実施形態によれば、可変流体流量制御システムが開示される。制御システムが、可動の境界壁を有する流体振動子を含む。加圧ガス源が、可動の境界壁に結合され、加圧ガス流を可動の境界壁に供給し境界壁を作動させるように構成されている。境界壁は、流体振動子内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子を介した脈動流体の流れの振動数を制御する。流体振動子によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、流体の一部分が流体振動子を迂回させられる。
【０００８】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの燃焼器内での燃焼を制御するための可変燃料流量制御システムが開示される。
【０００９】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの流体境界層の抵抗を制御するための可変流体流量制御システムが開示される。
【００１０】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、開ループ流体流量制御システムが開示される。この制御システムは、少なくとも１つの燃焼器の動圧変動、少なくとも１つの流体境界層の抵抗、またはそれらの組合せを検出するように構成されたセンサを含む。加圧ガス源が、流体振動子の可動の境界壁に結合され、加圧ガス流を可動の境界壁に供給し境界壁を作動させるように構成される。振幅設定値に基づいて、流体振動子によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、流体の一部分が流体振動子を迂回させられる。境界壁は、振動数設定値に基づいて、流体振動子内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子によって生成される脈動流体の流れの振動数を制御する。脈動流体の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せは、少なくとも１つの燃焼器の動圧変動、少なくとも１つの流体境界層の抵抗、またはそれらの組合せを制御するように制御される。
【００１１】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、閉ループ流体流量制御システムが開示される。コントローラがセンサおよび流体振動子に結合される。コントローラは、流体振動子によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、センサ出力に応答して、流体振動子を迂回する流体の一部分の流れを制御するように構成される。また、コントローラは、センサ出力に応答して、流体振動子内のキャビティ容積を変えるように境界壁を作動させるのを制御するように構成され、それにより流体振動子によって生成される脈動流体の流れの振動数を制御する。
【００１２】
本発明のこれらの、また他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細の説明を、同様の符号が図面全体を通じて同様の部分を表す添付の図面と併せ読めば、よりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による、複数のピストンおよびシリンダを有する流体振動子を有する可変流体流量制御システムの構成図である。
【図２】本発明の例示的な一実施形態による、ダイアフラムを有する流体振動子を有する可変流体流量制御システムの構成図である。
【図３】本発明の例示的な一実施形態による、少なくとも１つのベローを有する流体振動子を有する可変流体流量制御システムの構成図である。
【図４】本発明の例示的な一実施形態による、燃焼器内の燃焼制御用の可変燃料流量制御システムの構成図である。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による、境界層剥離制御用の可変流体流量制御システムの構成図である。
【図６】本発明の例示的な一実施形態による、開ループ可変流体流量制御システムの構成図である。
【図７】本発明の例示的な一実施形態による、閉ループ可変流体流量制御システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
下記で詳細に論じるように、本発明のいくつかの実施形態は、流体振動子を有する可変流体流量制御システムを開示する。流体振動子は、可動の境界壁を含む。加圧ガス源が、可動の境界壁に結合され、加圧ガス流を可動の境界壁に供給し境界壁を作動させるように構成されている。境界壁は、流体振動子内のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子を介した脈動流体の流れの振動数を制御する。流体振動子によって生成される脈動流体の流れの振幅を制御するように、流体の一部分が流体振動子を迂回させられる。本発明のいくつかの実施形態によれば、可変流体振動子は、制御システムを使用してオペレータによって選択されたある振動数、振幅、またはそれらの組合せで、脈動流体流を当該の標的に供給する。本発明のいくつかの他の実施形態によれば、可変流体流量制御システムを閉ループシステムとして動作させることができる。一実施形態では、そのような可変流体流量制御システムは、少なくとも１つの燃焼器内での燃焼を安定化するように脈動燃料流をもたらすのに、特に有用となり得る。他の実施形態では、この例示的な可変流体流量制御システムを使用して脈動流体流をもたらし、少なくとも１つの流体境界層の抵抗を低減するように、その少なくとも１つの流体境界層を制御することができる。
【００１５】
次に図１に転じると、例示的な可変流体流量制御システム１０が開示されている。制御システム１０は、当該の標的への流体の流れを制御するように構成された流体振動子１２を含む。流体振動子１２は、第１のスロート１４と、第１のスロート１４にそれぞれ接続された第１の入力ポート１６、第１の制御ポート１８、および第２の制御ポート２０とを含む。また、流体振動子１２は、それぞれ第１の出力チャネル２６および第２の出力チャネル２８を介して第１のスロート１４に結合された第１の出力ポート２２および第２の出力ポート２４を含む。さらに、流体振動子１２は、第１の出力チャネル２６を第１のフィードバックチャンバ３２に結合する第１のフィードバックライン３０と、第２の出力チャネル２８を第２のフィードバックチャンバ３６に結合する第２のフィードバックライン３４とを含む。
【００１６】
例示としての流体振動子１２は、流体フリップフロップダイバータ機構によって構成され、それぞれ出力ポート２２および出力ポート２４を介して環境に開く、二股に分かれた２つの出力チャネル２６と２８の間に形成されたくさびに対して、制御流体が入力ポート１６から吹き付けられる。一般にコアンダ効果として知られる壁面付着現象（ｗａｌｌ  ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）により、制御流体の流れは、２つの出力ポート２２、２４のどちらか一方に逸れる。制御ポート１８、２０に適正な圧力を加えることによって、制御流体の流れを他方の出力ポートに逸らすことが可能であり、逆もまた同様である。流体振動子は対称なものであるため、定常状態では、各流体振動子の２つの出力ポートを通る制御流体流の方向の変化が、何らかの振動数で維持される。適正な設計により、流体振動子１２は、出力ポートのそれぞれから、ある所望の振動数、振幅、またはそれらの組合せで、交番する流体のパルスを発するようにすることができる。１つの流体振動子が示されているが、制御システム１０は、そのような流体振動子のアレイを含むことができる。
【００１７】
流体振動子１２は、可動の境界壁３８と、可動の境界壁３８に結合された加圧ガス源４０とを含む。図の実施形態では、可動の境界壁３８は、それぞれシリンダ５４、５６、５８、６０、６２、６４内に作動可能に配置された複数のピストン４２、４４、４６、４８、５０、５２を含む。シリンダ５４、５６、５８は、複数の対応する振動数制御デバイス、たとえば振動数制御バルブ６６、６８、７０を介して加圧ガス源４０に結合される。同様に、シリンダ６０、６２、６４は、複数の対応する振動数制御バルブ７２、７４、７６を介して加圧ガス源４０に結合される。いくつかの実施形態では、各シリンダが別個の加圧ガス源４０に結合されてもよい。加圧ガス源４０は、加圧ガス流をシリンダ５４、５６、５８、６０、６２、６４に供給するように構成される。振動数制御バルブ６６、６８、７０は、対応するシリンダ５４、５６、５８に供給されるガスの流れを制御し、対応するピストン４２、４４、４６の作動を個々に制御するように構成される。同様に、バルブ７２、７４、７６は、対応するシリンダ６０、６２、６４に供給されるガスの流れを制御し、対応するピストン４８、５０、５２の作動を個々に制御するように構成される。
【００１８】
加圧ガスが加圧ガス源４０からシリンダ５４、５６、５８、６０、６２、６４に供給されると、対応するピストン４２、４４、４６、４８、５０、５２が、対応するシリンダ５４、５６、５８、６０、６２、６４からチャンバ３２、３６に向かって移動し、それによりチャンバ３２、３６のキャビティ容積を減少させる。加圧ガスが加圧ガス源４０からシリンダ５４、５６、５８、６０、６２、６４に供給されないとき、ピストン４２、４４、４６、４８、５０、５２は、チャンバ３２、３６から、対応するシリンダ５４、５６、５８、６０、６２、６４内に移動し、それによりチャンバ３２、３６のキャビティ容積を増大する。換言すれば、境界壁３８は、チャンバ３２、３６のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子１２を通って供給される脈動流体の流れの振動数を制御する。流体振動子１２のキャビティ容積のそのような変動により、流体振動子１２を通って供給される流体の流れの振動数が円滑に制御される。流体振動子１２のキャビティ容積のそのような変動は、燃焼器内の燃焼を安定化するために、また流体境界層の剥離を低減するために、パルス状の燃料流をもたらすのに有用となり得る。
【００１９】
次に図２に転じると、例示的な可変流体流量制御システム７８が開示されている。制御システム１０は、当該の標的への流体の流れを制御するように構成された流体振動子８０を含む。流体振動子８０の構成は、図１を参照して上記で論じた実施形態と概ね同様である。図の実施形態では、流体振動子８０は、可動の境界壁８２と、複数の振動数制御デバイス、たとえばガス圧レギュレータ８６、８８を介して可動の境界壁８２に結合された加圧ガス源８４とを含む。可動の境界壁８２は、少なくとも１つのダイアフラム９０を含む。ダイアフラム９０は、加圧ガス源８４から加圧ガスが供給されたことに応答して作動可能または偏向可能である。
【００２０】
加圧ガスが加圧ガス源８４からダイアフラム９０に供給されると、ダイアフラム９０がチャンバ９２、９４内に偏向され、それによりチャンバ９２、９４のキャビティ容積を減少させる。加圧ガスが加圧ガス源８４からダイアフラム９０に供給されないとき、ダイアフラム９０はチャンバ９２、９４内に偏向されず、それによりチャンバ９２、９４のキャビティ容積を増大する。換言すれば、境界壁８２は、チャンバ９２、９４のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子８０を通って供給される脈動流体の流れの振動数を制御する。
【００２１】
図３を参照すると、例示的な可変流体流量制御システム９６が開示されている。制御システム９６は、当該の標的への流体の流れを制御するように構成された流体振動子９８を含む。流体振動子９８の構成は、図１および図２を参照して上記で論じた実施形態と概ね同様である。図の実施形態では、流体振動子９８は、可動の境界壁１００と、複数の振動数制御デバイス、たとえばガス圧レギュレータ１０４、１０６を介して可動の境界壁１００に結合された加圧ガス源１０２とを含む。可動の境界壁１００は、少なくとも１つのベロー１０８を含む。ベロー１０８は、加圧ガス源１０２から加圧ガス流が供給されたことに応答して作動可能（伸張可能および収縮可能）である。
【００２２】
加圧ガスが加圧ガス源１０２からベロー１０８に供給されると、ベロー１０８はチャンバ１１０、１１２内に膨張し、それによりチャンバ１１０、１１２のキャビティ容積を減少させる。加圧ガスが加圧ガス源１０２からベロー１０８に供給されないとき、ベロー１０８は収縮し、それによりチャンバ１１０、１１２のキャビティ容積を増大する。換言すれば、境界壁１００は、チャンバ１１０、１１２のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子９８を通って供給される脈動流体の流れの振動数を制御する。
【００２３】
図４を参照すると、例示的な可変流体流量制御システム１１４が開示されている。先に論じたように、制御システム１１４は、当該の標的への流体の流れを制御するように構成された流体振動子１１６を含む。図の実施形態では、流体振動子１１６から生成される脈動燃料流の振幅を制御するように構成された振幅制御デバイス１１８を通じて、燃料流の一部分を迂回させることができる。一実施形態では、振幅制御デバイス１１８はメカニカルバルブである。他の実施形態では、振幅制御デバイス１１８は、流体スイッチである。これまでの実施形態と同様に、振動数制御デバイス１２０が、流体振動子１１６に供給されるガスの流れを制御するように構成される。振動数制御デバイス１２０は、１つまたは複数のメカニカルバルブもしくは圧力レギュレータもしくは流体スイッチを含むことができる。流体振動子１１６は、脈動燃料流を燃料ノズルまたはバーナ１２２に供給し、それによって燃焼器１２４内での燃焼を制御するように構成される。上記で論じたように、流体振動子１１６の境界壁は、流体振動子１１６のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子１１６を通って供給される脈動燃料の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せを制御する。上記で指摘したように、流体振動子は、２本以上の脈動燃料流を生成する。流体振動子１１６からの脈動燃料流の１本を、符号１２６によって表されている吐出リザーバまたは別の燃料ノズル／バーナに供給することができる。
【００２４】
燃焼動特性（または不安定性）は、希薄予混合燃焼システムが遭遇する周知の問題であり、運転上の制限、さらには潜在的なハードウェアダウンタイムにさえ通じる。燃空比の変動が、燃焼動特性をもたらす上で極めて重要な役割を果たす可能性がある。本発明の例示的な実施形態によれば、流体振動子１１６のキャビティ容積の変動により、流体振動子１１６を通って燃焼器１２４に供給される流体の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せが円滑に制御され、それによって燃焼器１２４内の燃焼動特性が制御される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、燃料流は、炭化水素、天然ガス、または高濃度水素ガス、または水素、またはバイオガス、または一酸化炭素、または合成ガス、ならびに所定の量の希釈剤を含むことができる。いくつかの実施形態では、燃料流は、液体燃料を含むことができる。一実施形態では、燃焼器１２４は筒形燃焼器を含む。代替の実施形態では、燃焼器１２４は、筒形環状燃焼器または純粋な環状燃焼器を含む。
【００２６】
図５を参照すると、例示的な可変流体流量制御システム１２８が開示されている。先に論じたように、制御システム１２８は、当該の標的への流体の流れを制御するように構成された流体振動子１３０を含む。図の実施形態では、流体振動子１３０から生成される脈動流体流の振幅を制御するように構成された振幅制御デバイス１３２を通じて、流体流の一部分を迂回させることができる。振幅制御デバイス１３２は、メカニカルバルブまたは流体スイッチとすることができる。振動数制御デバイス１３４が、流体振動子１３０に供給されるガスの流れを制御するように構成される。制御デバイス１３４は、１つまたは複数のメカニカルバルブもしくは圧力レギュレータもしくは流体スイッチを含むことができる。
【００２７】
たとえば遠心圧縮機などのデバイスでは、遠心圧縮機を通る実際の体積流量が失速点を下回ったとき、ディフューザまたはインペラの失速挙動から、圧縮機を通る流体流が不安定になることが観察されている。その結果、圧縮機のポンプ能力が制限される。本発明の諸態様によれば、流体振動子１３０から境界層１３８内に流体制御噴射１３６をパルス状で吹き付けることにより、圧縮機内での流量制御の効率が向上する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、空気のパルス状の流れを、剥離点の上流の流体境界層１３８に吹き付け、弱い流れを付勢し、境界層剥離を抑制する。典型的には例示的な流体振動子から出て周囲の別の流体の媒体に向かう制御流体の噴射では、質量流量が突然増大することにより、制御流体と周囲の主要流体との間の境界を支配する明確な渦が形成される。これらの渦は長い距離にわたって運動量を再分配する助けとなるため、制御流体と主要流体の間で混ざり合う乱流の速度は、これらの渦の動特性と密接にリンクしている。渦の動特性を操作するための１つの方法は、噴射の瞬間的な質量流束を調整（ｍｏｄｕｌａｔｅ）することである。流体振動子１３０からの脈動流体流の１本を、符号１４０によって表されている吐出リザーバまたは別の境界層制御噴射に供給することができる。
【００２９】
流体振動子１３０はまた、本発明の諸態様に従って、境界層剥離制御を必要とする他の装置に配置することができる。上記で論じたように、流体振動子１３０の境界壁は、流体振動子１３０のキャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子１３０を通って流体境界層１３８に供給されるパルス状の制御噴射の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せを制御する。本明細書では、制御システム１２８について燃焼制御および境界層剥離制御を参照して論じているが、流体振動子は、本発明の精神から逸脱することなしに、他の装置にも配置することができる。
【００３０】
図６を参照すると、可変流体流量制御システム１４２が開示されている。図の実施形態では、システム１４２は開ループシステムである。制御システム１４２は、パルス状の燃料流を燃焼器に送る、またはパルス状の制御噴射を流体境界層に送るように構成された１つまたは複数の流体振動子１４３を含む。燃焼器または流体境界層は、符号１４４によって表されている。図の実施形態では、流体振動子１４２から生成される脈動流体流の振幅を制御するように構成された振幅制御デバイス１４６を通じて、流体流の一部分を迂回させることができる。振幅制御デバイス１４６は、メカニカルバルブまたは流体スイッチとすることができる。振動数制御デバイス１４８が、流体振動子１３０に供給されるガスの流れを制御するように構成される。振動数制御デバイス１４８は、１つまたは複数のメカニカルバルブもしくは圧力レギュレータもしくは流体スイッチを含むことができる。さらに、システム１４２は、燃焼器内の動圧変動または流体境界層の抵抗を検出するように構成された少なくとも１つのトランスデューサ（センサ）１５０を含む。
【００３１】
流体振動子１４３の境界壁は、キャビティ容積を変えるように作動可能であり、それにより流体振動子１４３を通って供給される脈動流体の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せを制御する。脈動流体の流れの振動数は、オペレータによって設定された振動数設定値に基づいて制御することができる。脈動流体の流れの振幅は、オペレータによって設定された振幅設定値に基づいて制御することができる。いくつかの実施形態では、振動数設定値および振幅設定値は、トランスデューサ出力に基づいてリセットされてもよい。本明細書では、境界壁の作動は、境界壁に供給されるガス流の流れに基づいて制御されることに留意されたい。開ループシステムでは、境界壁に供給されるガス流の流れを手動で制御することもできる。流体振動子１４３のキャビティ容積のそのような変動により、流体振動子１４３を通って供給される流体の流れの振動数、振幅が円滑に制御される。流体振動子１４３のキャビティ容積の変動を使用してパルス状の燃料流をもたらし、燃焼器内の燃焼を安定化する、または流体境界層の剥離を低減する。流体振動子１４３からの脈動流体流の１本を、符号１５２によって表されている吐出リザーバまたは別の燃焼器（換言すれば、別の燃焼器の燃料ノズルまたはバーナ）または流体境界層に供給することができる。
【００３２】
図７を参照すると、可変流体流量制御システム１５４が開示されている。図の実施形態では、システム１５４は閉ループシステムである。制御システム１５４は、パルス状の燃料流を燃焼器に送る、またはパルス状の制御噴射を流体境界層に送るように構成された１つまたは複数の流体振動子１５６を含む。燃焼器または流体境界層は、符号１５８によって表されている。図の実施形態では、流体振動子１５６から生成される脈動流体流の振幅を制御するように構成された振幅制御デバイス１６０を通じて、流体流の一部分を逸らすことができる。振幅制御デバイス１６０は、メカニカルバルブまたは流体スイッチとすることができる。振動数制御デバイス１６２が、流体振動子１５６に供給されるガスの流れを制御するように構成される。制御デバイス１６２は、１つまたは複数のメカニカルバルブもしくは圧力レギュレータもしくは流体スイッチを含むことができる。システム１５４は、燃焼器内の動圧変動または流体境界層の抵抗を検出するように構成された少なくとも１つのトランスデューサ（センサ）１６４を含む。さらに、システム１５４は、トランスデューサ１６４および制御デバイス１６０、１６２に結合されたコントローラ１６６を含む。コントローラ１６６は、トランスデューサ出力に基づいてデバイス１６０、１６２を制御するように構成され、それにより、流体振動子１５６を通って供給される脈動流体の流れの振動数、振幅、またはそれらの組合せを制御するために、キャビティ容積を変える。閉ループシステムでは、境界壁に供給されるガス流の圧力は、自動的に制御される。
【００３３】
図の実施形態では、コントローラ１６６は、データベース、アルゴリズム、およびデータ解析ブロックをさらに含むことができる。データベースは、システム１５４について事前定義された情報を格納するように構成されてもよい。たとえば、データベースは、燃焼器など当該のシステム、たとえば境界層、トランスデューサのタイプ、流体振動子の数、境界壁のタイプ、流体振動子を通って供給される流体流、加圧ガス源などを組み入れるシステムに関する情報を格納することができる。また、データベースは、命令セット、マップ、ルックアップテーブル、変数などを含むことができる。そのようなマップ、ルックアップテーブル、命令セットは、燃焼器または流体境界層の特性を、ガス源の圧力、流体振動子１５６を通って供給される脈動流体流の振動数、振幅などに相関させるように動作する。さらに、データベースは、トランスデューサ１６４からの実際に検知／検出された情報を格納するように構成されてもよい。アルゴリズムは、トランスデューサ１６４からの信号の処理を容易にする。
【００３４】
データ解析ブロックは、マイクロプロセッサ、プログラマブルロジックコントローラ、論理モジュールなど、様々な回路タイプを含むことができる。アルゴリズムと組み合わされたデータ解析ブロックを使用し、流体振動子の境界壁に供給されるガス流の圧力、流体振動子を通って供給される脈動流体流の振動数、振幅、燃焼器内の圧力変動、流体境界層の抵抗、またはそれらの組合せに関する様々な演算を実施することができる。上述のパラメータのいずれかを、時間に対して選択的および／または動的に適合させる、または変更することができる。流体振動子１４２からの脈動流体流の１本を、符号１６８によって表されている吐出リザーバまたは別の燃焼器（換言すれば、別の燃焼器の燃料ノズルまたはバーナ）または流体境界層に供給することができる。
【００３５】
図１〜７を参照して論じた実施形態によれば、可変流体振動子は、オペレータが選択することができる振動数で、または閉ループ制御システムを使用して、脈動ガス流を当該のシステムに供給する。キャビティ容積の変更は１つまたは複数のダイアフラム、１つまたは複数のピストン、あるいは１つまたは複数のベローによって行うことができる。例示的な可変流体振動子は、メカニカルバルブよりはるかに長い寿命を有する。ある範囲の噴射振動数を、同じ流体振動子を使用して生み出すことができ、例示的な流体振動子は、変化する設計または運転要件に応えることができる。
【００３６】
本明細書では、本発明のある種の特徴だけを例示し述べたが、当業者は多数の修正および変更を思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に入るそのような修正および変更すべてを包含することが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  可変流体流量制御システム
１２  流体振動子
１４  第１のスロート
１６  第１の入力ポート
１８  第１の制御ポート
２０  第２の制御ポート
２２  第１の出力ポート
２４  第２の出力ポート
２６  第１の出力チャネル
２８  第２の出力チャネル
３０  第１のフィードバックライン
３２  第１のフィードバックチャンバ
３４  第２のフィードバックライン
３６  第２のフィードバックチャンバ
３８  可動の境界壁
４０  加圧ガス源
４２  ピストン
４４  ピストン
４６  ピストン
４８  ピストン
５０  ピストン
５２  ピストン
５４  シリンダ
５６  シリンダ
５８  シリンダ
６０  シリンダ
６２  シリンダ
６４  シリンダ
６６  バルブ
６８  バルブ
７０  バルブ
７２  バルブ
７４  バルブ
７６  バルブ
７８  可変流体流量制御システム
８０  流体振動子
８２  可動の境界壁
８４  加圧ガス源
８６  ガス圧レギュレータ
８８  ガス圧レギュレータ
９０  ダイアフラム
９２  チャンバ
９４  チャンバ
９６  可変流体流量制御システム
９８  流体振動子
１００  可動の境界壁
１０２  加圧ガス源
１０４  ガス圧レギュレータ
１０６  ガス圧レギュレータ
１０８  ベロー
１１０  チャンバ
１１２  チャンバ
１１４  可変流体流量制御システム
１１６  流体振動子
１１８  制御デバイス
１２０  振動数制御デバイス
１２２  燃料ノズルまたはバーナ
１２４  燃焼器
１２６  吐出リザーバ／燃料ノズル／バーナ
１２８  可変流体流量制御システム
１３０  流体振動子
１３２  制御デバイス
１３４  振動数制御デバイス
１３６  流体制御噴射
１３８  境界層
１４０  吐出リザーバ／境界層制御噴射
１４２  可変流体流量制御システム
１４３  流体振動子
１４４  燃焼器または流体境界層
１４６  制御デバイス
１４８  振動数制御デバイス
１５０  トランスデューサ
１５２  吐出リザーバ／燃焼器／流体境界層
１５４  可変流体流量制御システム
１５６  流体振動子
１５８  燃焼器または流体境界層
１６０  制御デバイス
１６２  振動数制御デバイス
１６４  トランスデューサ
１６６  コントローラ
１６８  吐出リザーバ／燃焼器／流体境界層
【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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