(57)【要約】【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
2015010799.tif 000002
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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.
【０００５】
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)。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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)。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。）。
【００１３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平６−２１３４４５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８１３１４号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２５５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、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ることにより、火炎に非接触で保炎を行うことができるのであるが、燃焼器に対してスピーカを配置する必要がある。
【００１６】
スピーカは熱に弱く、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において、熱的な負荷を低減して、スピーカにより火炎に直接定在音場を作用させて保炎を行うのは困難であることが判明した。
【００１７】
また、スピーカにより火炎に直接定在音場を作用させて保炎を行うには、スピーカを駆動するのに電気的なエネルギーを別途必要とする。
【００１８】
さらに、一対のスピーカを用いた定在音場形成手段により円筒状の燃焼室内に形成される定在音場は、円筒状の燃焼室の共鳴周波数が燃焼温度によって変化することにより、不安定であるので、温度の変化を検出するセンサや周波数を制御する機器などを用いて安定化する必要がある。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、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ことにある。
【００２０】
本発明の更に他の目的は、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明では、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し、燃焼空間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、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。
【００２２】
すなわち、本発明は、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、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。
【００２３】
本発明に係る予混合燃焼装置において、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ものとすることができる。
【００２４】
また、本発明に係る予混合燃焼装置は、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ものとすることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る予混合燃焼装置は、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ものとすることができる。
【００２６】
本発明は、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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、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し、燃焼空間における火炎に直接定在音場を作用させて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、有害排出物の低減と安定燃焼の両特性を確保できる。
【００２８】
また、本発明によれば、電気的なエネルギーを必要とすることなく、また、自励振動を利用しているので、共鳴状態も温度の変化に合わせて自動的に維持されるので、共鳴状態を制御する必要がないばかりでなく、従来のスワーラや保炎器のように予混合気流の流れを妨げないので、圧力低下を抑制することができる。したがって、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、火炎に晒されるのは、自励音であるので、熱的な負荷も小さく、高音条件下で安定に動作可能な予混合燃焼装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を適用した予混合燃焼装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】定在音場の速度振動の腹に密度変化を与えることにより、圧力波の進行方向に対して垂直方向に発生する二次流れを模式的に示す図である。
【図３】定在音場の有無による火炎の変化を観察した得られた当量比１．１の燃料が豊富な状態における火炎の状態を示す図であり、（Ａ）は定在音場を形成しない場合の火炎の状態を示し、（Ｂ）は定在音場を形成して、音圧を印加した場合の火炎の状態を示し、（Ｃ）は（Ｂ）の状態から保炎器を取り除いた場合の火炎の状態を示している。
【図４】定在音場の有無による火炎の変化を観察した得られた当量比０．９の燃料が希薄な状態における火炎の状態を示す図であり、（Ａ）は定在音場を形成しない場合の火炎の状態を示し、（Ｂ）は定在音場を形成して、音圧を印加した場合の火炎の状態を示している。
【図５】火炎を形成する燃料の当量比を横軸、火炎に印加される音圧を縦軸として、火炎の保炎の状態を観察して得られた結果を示す図である。
【図６】火炎に印加される音圧を徐々に増やした場合のプロパン火炎の変形の状態を観察して得られた順次画像を示す図である。
【図７】予混合燃焼により形成される炎の構造を示す模式図であり、（Ａ）は燃料希薄混合気の場合における炎の構造を示し、（Ｂ）は燃料の豊富な混合の場合における炎の構造を示している。
【図８】上記予混合燃焼装置の燃焼空間における火炎を撮影して得られた画像を示す図であり、（Ａ）は瞬時画像を示し、（Ｂ）は平均画像を示している。
【図９】本発明を適用した予混合燃焼装置の他の構成例を示す模式図である。
【図１０】本発明を適用した予混合燃焼装置のさらに他の構成例を示す意模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
本発明は、例えば図１に示すような構成の燃焼装置１００に適用される。
【００３２】
この燃焼装置１００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であり、燃焼用空気と燃料を混合する予混合室１０と、この予混合室１０において燃焼用空気と燃料とを混合した予混合気を噴射する主バーナーノズル２０と、上記主バーナーノズル２０から噴射された予混合気を燃焼させる燃焼空間３０を備える。
【００３３】
上記予混合室１０に供給される燃焼用空気と燃料の各供給路には、上記燃焼用空気と燃料の各流量を計測する流量計１１，１２が設けられている。
【００３４】
なお、燃料用空気は、サージタンク１３を介して上記予混合室１０に供給されるようになっている。
【００３５】
また、この燃焼装置１００は、上記燃焼空間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、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機能を有するものであって、上記燃焼空間３０に定在音場を形成する定在音場形成手段として、局所的に加熱される一対の共鳴管４１，４２を備える。上記一対の共鳴管４１，４２は、例えば、それぞれ略Ｌ字状に屈曲させた直径（Φ１）３２ｍｍ、高さ（Ｌ１）９４０ｍｍのステンレス円筒管からなり、上端側に位置する各一方の開口部４１Ａ，４２Ａを対向させた間隔（Ｌ２）５０ｍｍの空間を上記燃焼空間３０としてある。また、上記一対の共鳴管４１，４２を局所的に加熱する加熱手段として、例えば、ノズル径（Φ２）１５ｍｍの励起バーナー５１，５２が、上記共鳴管４１，４２の下端側にある各他方の開口部４１Ｂ，４２Ｂから挿入され、上記共鳴管４１，４２内に設置されている。上記励起バーナー５１，５２は、上記共鳴管４１，４２の４分の１の長さの付近を局所的に加熱する加熱手段として機能する。
【００３６】
このような構成の燃焼装置１００において、上記開口部４１Ａ，４２Ａを対向させた空間を上記燃焼空間３０とした上記一対の共鳴管４１，４２と、上記一対の共鳴管４１，４２を局所的に加熱する励起バーナー５１，５２は、ヒギンズの方法に基づく自励振動発生器を構成しており、上記励起バーナー５１，５２で上記一対の共鳴管４１，４２を局所的に加熱することにより上記一対の共鳴管４１，４２内に自励振動を発生させて、上記開口部４１Ａ，４２Ａを対向させた空間を上記燃焼空間３０とした上記一対の共鳴管４１，４２による音響空間を共鳴させることにより、上記燃焼空間３０に定在音場を形成する定在音場形成手段として機能する。
【００３７】
ここで、定在音場の速度振動の腹に密度変化を与えると、図２に示すように、圧力波の進行方向に対して垂直方向に二次流れが発生する。また、強い音圧の下では音響振動により火炎に皺が形成される。
【００３８】
本件発明者等は、上記特許文献３（特開２０１２−２２５５１５号公報）にも開示されているように、バーナーノズルから噴射された予混合気を燃焼させる円筒状の燃焼室内で火炎に対して一対のスピーカにより形成される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、音による圧力勾配と燃焼による密度勾配によって生じるバロクリニックトルクに起因して火炎に形成される皺を用いて、火炎の保炎を行うことにより、希薄予混合火炎の吹き飛び等の不安定な燃焼を解消し、安定燃焼を実現できることを確認している。具体的には、プロパンガスの予混合気を燃焼し、１５５ｄＢ以上の定在音場により保炎を行うことにより、吹き飛び限界が改善でき、周波数４８０Ｈｚ、実効音圧１．８ｋｐａ（ＳＰＬ＝１５９ｄＢ)の条件の下で、予混合気流速が５０ｍ／ｓ程度の流速まで、プロパンの可燃限界付近（当量比０．５付近）まで、火炎の吹き飛びを生じさせずに保炎することができることを確認している。
【００３９】
また、上記特許文献３に示した構造の希薄予混合燃焼装置における火炎の安定化メカニズムを確認するために、燃焼室における予混合気流が低速度（Ｕu＝３．０ｍ／ｓ）で火炎を保炎器で固定して単純なＶ型の火炎が形成される状態で、予混合気流の燃料の混合状態と定在音場（ｆ＝４９５Ｈｚ）の有無による火炎の変化を観察（露光時間：１／２５０ｓ）したところ、図３及び図４に示すような結果が得られた。
【００４０】
図３は、当量比１．１の燃料が豊富な状態における火炎の状態を示している。
【００４１】
図３の（Ａ）は、定在音場を形成しない場合での火炎の状態を示す。
【００４２】
この状態から定在音場を形成して、音圧を印加すると、燃料が豊富な場合、火炎は音圧により変形して、図３の（Ｂ）に示すように、０．３ｋＰａの音圧でバーナー縁に固定された状態となる。
【００４３】
定在音場を形成して、０．３ｋＰａの音圧を火炎に印加した状態では、図３の（Ｃ）に示すように、保炎器を取り除いても、火炎は、吹き飛ばされることなく、バーナー縁に固定された状態で安定している。
【００４４】
これに対し、図４は、当量比０．９の燃料が希薄な状態における火炎の状態を示している。
【００４５】
図４の（Ａ）は、定在音場を形成しない場合での火炎の状態を示す。
【００４６】
燃料が希薄な場合、定在音場を形成して、音０．３ｋＰａの音圧を印加しても、図４の（Ｂ）に示すように、火炎は音圧により少し変形するだけで、バーナー縁に固定された状態となることはなかった。
【００４７】
また、定在音場を形成して、０．３ｋＰａの音圧を火炎に印加した状態で保炎器を取り除くと、火炎は、吹き飛ばされてしまった。
【００４８】
また、当量比と音圧をパラメータとして火炎の保炎の状態を観察した結果、火炎を形成する燃料の当量比φを横軸、火炎に印加される音圧Ｐｓ［ｋＰａ］を縦軸とする図５に示すような結果が得られた。
【００４９】
すなわち、図５には、火炎に音圧を印加することにより、燃料が豊富な状態における火炎が、保炎器なしで、吹き飛ばされることなく、バーナー縁に固定された状態で安定している最小限の音圧を○印にして示し、燃料が希薄な状態における火炎が、保炎器なしでは、吹き飛ばされ消火されてしまう最小限の音圧を×印にして示してある。
【００５０】
当量比１．１以上の燃料が豊富な状態における火炎は、○印にて示す音圧以上の定在波を印加することにより、安定に保炎することができる。
【００５１】
当量比１．１未満の燃料が希薄な状態における火炎は、×印にて示す音圧以上の定在波を印加することにより、保炎器なしでは、吹き飛ばされ消火されてしまう。
【００５２】
さらに、音圧を徐々に増やした場合のプロパン火炎の変形の状態を観察（露光時間：１／２４７μｓ）して得られた順次画像を図６に示す。
【００５３】
図６において、白色線はバーナーノズル位置を示す、そして、白丸は保炎器を代表する。
【００５４】
画像（ａ）は、音圧を増やす前の火炎を示し、音圧は、０．３ｋＰａの画像（ｆ）まで、徐々に増やされる
【００５５】
図６において、Ｖ型の予混合炎は、係留点である保炎器の下流につくられ、その下流に拡散火炎を伴う。
【００５６】
音圧の印加により火炎の外縁は、折られて、画像（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）のように徐々に下方に延び、０．３ｋＰａの音圧で、画像（ｆ）のようにバーナー縁の方へ動かされ、最後に、この部分が新しい係留点になる。
【００５７】
ここで、燃料希薄混合気の場合、図７の（Ａ）に示すように、燃料残留油がないので予混合炎は生じず、拡散火炎が下流に存在しない。これに対し、燃料の豊富な混合の場合、図７の（Ｂ）に示すように、余剰燃料によって拡散火炎がつくられ、燃料成分は、火炎端の下流の空気に接触することにより、その外縁は予備混合されて拡散火炎がつくられる。
【００５８】
本実施の形態における燃焼装置１００は、本件発明者等が先に提案している円筒状の燃焼室内に一対のスピーカを用いて定在音場を形成する定在音場形成手段に代えて、上記開口部４１Ａ，４２Ａを対向させた空間を上記燃焼空間３０とした上記一対の共鳴管４１，４２と、上記一対の共鳴管４１，４２を局所的に加熱する励起バーナー５１，５２による定在音場形成手段を採用することにより、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を実現したものである。
【００５９】
すなわち、上記予混合燃焼装置１００では、開口部４１Ａ，４２Ａを対向させた空間を燃焼空間３０とした一対の共鳴管４１，４２を励起バーナー５１，５２により局所的に加熱することで、自励振動が始まり、燃焼空間３０における火炎は自励音に晒され、例えば図８に示すように、吹き飛びなど生じさせずに安定した火炎とすることができる。
【００６０】
図８は、上記予混合燃焼装置１００の燃焼空間３０における火炎を３２９μｓの露光時間で撮影したもので、（Ａ）はその瞬時画像を示し、（Ｂ）は８５ｍｓに亘る平均画像を示している。
【００６１】
上記予混合燃焼装置１００では、プロパンを燃料として供給し、１．５の混合当量比で、主バーナーノズル２０からの出口流速で５ｍ／ｓとした場合でも安定した火炎を得ることができた。
【００６２】
すなわち、この燃焼装置１００では、一対の共鳴管４１，４２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４１，４２を共鳴させることで上記燃焼空間３０に定在音場を形成し、その定在波を火炎に対して直接印加することで生じる二次流れによる逆流領域、及び、それに伴う皺によって火炎の吹き飛びを抑制することができる。
【００６３】
このように、上記開口部４１Ａ，４２Ａを対向させた空間を上記燃焼空間３０とした上記一対の共鳴管４１，４２と、上記一対の共鳴管４１，４２を局所的に加熱する励起バーナー５１，５２による定在音場形成手段は、電気的なエネルギーを必要とすることなく、また、自励振動を利用しているので、共鳴状態も温度の変化に合わせて自動的に維持されるので、共鳴状態を制御する必要がないばかりでなく、従来のスワーラや保炎器のように予混合気流の流れを妨げないので、圧力低下を抑制することができる。したがって、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、火炎に晒されるのは、自励音であるので、熱的な負荷も小さく、高音条件下で安定に動作可能な予混合燃焼装置を実現することができる。
【００６４】
ここで、上記予混合燃焼装置１００では、上記共鳴管４１，４２の下端側にある各他方の開口部４１Ｂ，４２Ｂから挿入され、上記共鳴管４１，４２内に設置された励起バーナー５１，５２により、上記共鳴管４１，４２を局所的に加熱するようにしたが、上記共鳴管４１，４２を局所的に加熱する加熱手段として、例えば、図９に示す燃焼装置１００Ａのように、燃焼空間３０で予混合気を燃焼させることにより発生した熱を共鳴管４１，４２の局所的な加熱領域に伝達する熱伝達部材例えばヒートパイプ１５１，１５２を備えるものとすることもできる。
【００６５】
また、例えば、図１０に示す燃焼装置１００Ｂのように、共鳴管４１，４２を逆さに配置して、燃焼空間３０で予混合気を燃焼させることにより発生した熱Ｑを上記共鳴管４１，４２の局所的な加熱領域に直接伝達することにより、自励振動を発生させ、上記共鳴管４１，４２を共鳴させることができる。この燃焼装置１００Ｂでは、上記共鳴管４１，４２の外側に冷却用の空気を流す通路１６１、１６２を設けて、上記共鳴管４１，４２の外側を空冷することにより、上記共鳴管４１，４２の上側よりも下側の方が温度が下がるような温度勾配を与えるとともに、上記燃焼空間３０で予混合気を燃焼させることにより発生した熱Ｑを上記共鳴管４１，４２の局所的な加熱領域に直接伝達して、自励振動を発生させるようにしている。
【００６６】
また、上記予混合燃焼装置１００では、一対の共鳴管４１，４２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４１，４２を共鳴させることで燃焼空間３０に定在音場を形成するようにしたが、１つの共鳴管だけでも局所的に加熱することにより自励振動を発生させることができので、例えば、上記一対の共鳴管４１，４２の一方を反射板に置き換えて、１つの共鳴管とその開口と所定の間隔をもっての配置した反射板との間の空間を燃焼空間とすることもできる。
【００６７】
すなわち、本発明では、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、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、火炎の保炎を行い、圧力損失を抑えた燃焼を行うことができ、有害排出物の低減と安定燃焼の両特性を確保できる。
【００６８】
また、本発明によれば、電気的なエネルギーを必要とすることなく、また、自励振動を利用しているので、共鳴状態も温度の変化に合わせて自動的に維持されるので、共鳴状態を制御する必要がないばかりでなく、従来のスワーラや保炎器のように予混合気流の流れを妨げないので、圧力低下を抑制することができる。したがって、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、火炎に晒されるのは、自励音であるので、熱的な負荷も小さく、高音条件下で安定に動作可能な予混合燃焼装置を実現することができる。
【００６９】
なお、本発明は、ガスタービンエンジン、ラムジェットエンジン、スクラムジェットエンシン等の定在火炎を用いるエンジンの燃焼器内における火炎の吹き飛びの抑制、ジェットエンジンのアフターバーナの保炎、ボイラー類、ガスコンロ等定在火炎を用いる燃焼装置全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  予混合室、１１，１２  流量計、１３  サージタンク、２０  主バーナーノズル、３０  燃焼空間、４１，４２  共鳴管、４１Ａ，４２Ａ，４１Ｂ，４２Ｂ  開口、５１，５２  励起バーナー、１００，１００Ａ  予混合燃焼装置、１５１，１５２  ヒートパイプ
【図２】
2015010799.tif 000003
【図７】
2015010799.tif 000004
【図１】
2015010799.tif 000005
【図３】
2015010799.tif 000006
【図４】
2015010799.tif 000007
【図５】
2015010799.tif 000008
【図６】
2015010799.tif 000009
【図８】
2015010799.tif 000010
【図９】
2015010799.tif 000011
【図１０】
2015010799.tif 000012