(57)【要約】本発明は加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を向上させる装置、及び方法に関する。本発明によれば、加熱ボイラー（１０）の燃焼空間（１１）内の主要な燃焼帯域の上方の空間に、音源（Ｓ）を設け、この音源を使用して、音響の場を発生し、燃焼状態を向上させ、一層の完全燃焼を達成する。
2004502919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼状態を改善し、一層完全燃焼を達成するため、音響の場を発生する複数個の音源（Ｓ）を加熱ボイラー（１０）の燃焼空間（１１）内の主要な燃焼帯域の上方の空間に設け、前記音源（Ｓ）によって発生した音圧パターンが斜めに、及び／叉は垂直に、２０°〜９０°の角度で遭遇し合うよう、前記音源（Ｓ）を設置したことを特徴とする加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する装置。
【請求項２】
前記音源（Ｓ）によって発生した音響の場が連続的であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記音源（Ｓ）によって発生した音圧レベルは前記音圧パターンが遭遇し合う場所で１３０ｄＢより低くないことを特徴とする請求項１、叉は２に記載の装置。
【請求項４】
前記音源（Ｓ）によって発生した音響の周波数が２０〜１０００Ｈｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記加熱ボイラー（１０）の二次空気、及び／叉は三次空気、叉はその空気の一部が前記音源（Ｓ）を通じて前記加熱ボイラー内に供給されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
発生した前記音響の場が回転するように、前記音源（Ｓ）を前記加熱ボイラー（１０）内に嵌着したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
発生した回転する前記音響の場が正の音圧の方向に回転するように、前記音源（Ｓ）を前記加熱ボイラー（１０）内に嵌着したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
音響周波数が前記加熱ボイラー（１０）の頂部に向け増大するように、前記音源（Ｓ）を前記加熱ボイラー（１０）内に嵌着したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記音源（Ｓ）が音響ホーンであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記音源（Ｓ）が空気で作動する連続サイレンであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記音源（Ｓ）がパルスバーナに基づく音源（ＳＰ）であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
音源として機能するパルスバーナ（ＳＰ）の燃料がガス状可燃物質と、酸化剤とを基本的に有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
音源として機能するパルスバーナ（ＳＰ）は供給すべき加圧空気を配置した前室（ＳＰ１ ）と、この前室（ＳＰ１ ）と供給燃料を配置する燃焼室（ＳＰ２ ）との間の空間を分離すると共に圧力によって開閉する１組の弁（Ｖ）と、音声ホーン（ＳＰ３ ）とを有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
組立体（Ｌ１ ）を通じて、前記前室（ＳＰ１ ）内に、加圧空気の連続する供給を行うよう構成したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
組立体（Ｌ２ ）を通じて、前記燃焼室（ＳＰ２ ）内に、燃料の供給を行うよう構成したことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記燃焼室（ＳＰ２ ）の圧力を清掃すべき空間内に排出するよう構成したことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する方法において、前記加熱ボイラー（１０）の種々の側部、及び／叉は種々の高さの位置に設置した音源（Ｓ）によって、前記加熱ボイラー（１０）の燃焼空間（１１）内の主要な燃焼帯域の上方の空間内に、回転する音響の場を発生させることを特徴とする加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する方法。
【請求項１８】
音源（Ｓ）として、パルスバーナに基づく音源（ＳＰ）を使用することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する装置、及び方法に関するものである。
【０００２】
本発明は動力プラント、加熱炉、加熱ボイラー、及びその他の燃焼空間内に発生する燃焼に関し、このような燃焼の改善に関するものである。次に使用する加熱ボイラーの語は本発明のこれ等適用物体のために使用する。
【０００３】
燃焼は燃料の粒子の大きさ、燃焼温度、及び加熱ボイラーの構造のような数個の種々の因子によって定まる複雑な現象である。燃焼に使用された燃料は酸化し、熱を発生する。通常の燃焼温度での高温固体物質の燃焼は酸素がこの物質の表面に拡散する速度によって定まる。燃焼が進行するにつれて、粒子の寸法、及び粒子質量は減少する。炭素を燃やす時、燃焼により、一酸化炭素を生じ、この一酸化炭素は連続する燃焼により、二酸化炭素になる。
【０００４】
燃焼空間内に乱流を発生させ、燃焼中の燃焼物質の移動、及び熱伝達を改善することにより、燃焼状態を改善する方法は既知である。しかし、動力プラント、加熱炉、加熱ボイラー、及びその他の設備において発生する燃焼の完全燃焼には解決すべき問題があることが知られている。通常、６００℃〜１０００℃の範囲にある高温に到達するための撹拌装置のような乱流発生器を造るのが困難である。特に、不揮発性炭素粒子の燃焼には問題が発生する。
【０００５】
燃焼の改善は加熱ボイラーの熱伝達面から灰粒子、及び未燃炭素粒子を除去するための熱伝達面の清掃が関係する。清掃方法として、音響クリーニングが知られており、加熱ボイラーの熱伝達部分に音源を設置し、約２〜１５分の周期的な間隔で、それぞれ数秒間にわたり、音響を発生させる。音響クリーニング装置は、例えば、国際出願の公開公報 ＷＯ−８２／０１３２８号、及び ＷＯ−８２／０３８０３号により既知である。
【０００６】
本発明の目的は燃焼を一層完全に行い、放出物を減少させて、燃焼状態を改善する装置、及び方法を得るにある。
【０００７】
本発明の他の目的は音源として、パルスバーナに基づく音源を使用する新たな種類の装置を得るにある。
【０００８】
本発明による加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する装置は燃焼状態を改善し、一層完全燃焼を達成するため、音響の場を発生する複数個の音源を加熱ボイラーの燃焼空間内の主要な燃焼帯域の上方の空間に設け、前記音源によって発生した音圧パターンが斜めに、及び／叉は垂直に、２０°〜９０°の角度で遭遇し合うよう、前記音源（Ｓ）を設置したことを特徴とする。
【０００９】
本発明による加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する方法は加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善するにあたり、前記加熱ボイラーの種々の側部、及び／叉は種々の高さの位置に設置した音源によって、前記加熱ボイラーの燃焼空間内の主要な燃焼帯域の上方の空間内に、回転する音響の場を発生させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の構成において、加熱ボイラー内の実際の主要な燃焼帯域の上方の空間に音響の場を加えるようにして、燃焼状態を改善する。この場所で揮発する物質は大部分、既に燃焼しているが、なお、若干の炭素は小さな粒子の形で、まだ燃えないで残っている。この音響の場は連続的であるのが好適であり、加熱ボイラーの燃焼空間内に設置した１個、叉はそれ以上の個数の適切な音源によって、この音響の場は発生する。音源はパルスバーナに基づく音源であるのが好適である。本発明の構成により、使用された燃料から、一層多くの熱が得られ、燃焼残留物が一層少なくなるようにして、燃焼状態を改善する。また、同時に、一層クリーンな燃焼、即ち有害放出物が少ない燃焼を達成する。
【００１１】
本発明によるパルスバーナに基づく音源を使用することにより、燃焼空間内に存在する高圧に起因し、塵埃、叉はその他の不純物が燃焼空間から、音源内に漂流するようにして、空気圧で作動する音源に関連する問題を解決する。パルスバーナに基づく音源では、上述のような問題は発生しない。
【００１２】
次に、添付図面を参照して、本発明を説明するが、本発明は図面に示す実施例に限定されない。
【００１３】
図１は本発明により、燃焼状態を改善させるための本発明方法を実施する加熱ボイラーの線図的図面である。加熱ボイラー１０の燃焼空間１１内に音源Ｓを設置する。音源Ｓの設置の箇所は燃焼ガスを冷却する手前の、主燃焼帯域の上方の空間である。使用される音源は音響クリーニングの分野で既知の音響ホーンが好適であり、この音響ホーンは２０〜１０００Ｈｚの周波数で、１３０〜１７０ｄＢの音量を発生する。また、使用される音源としては空気圧で作動する連続サイレン、又は図３Ａ〜図３Ｄに示すパルスバーナに基づく本発明による音源にすることができる。燃焼状態を改善するため、音響の貫入深さの向上のため、選択された音響周波数範囲を使用するのが明らかに好適である。音源Ｓの音響パワー、及び周波数はボイラーの形式、及び大きさ、及び音源Ｓの位置により、選択された範囲内で、制御される。燃焼空間１１内の温度が通常８００℃を越える状態であって、音圧パターンが遭遇する場所において、音源Ｓによって発生する音圧レベルが１３０ｄＢより小さくならないように、音量を選択する。音源が発生する音圧パターンが斜めに、及び／又は垂直に２０°〜９０°の角度で遭遇し合うように、音源Ｓを燃焼空間１１内に設置する。
【００１４】
本発明の好適な実施例では、音源Ｓを加熱ボイラー１０内の種々の高さに設置し、燃焼空間１１内で、上方に移動する時、燃焼空間１１内で、固体粒子の直径、及び量が更に減少するので、音源Ｓの周波数が増大する。このようにして、燃焼状態を改善する希望する効果が最適に維持される。
【００１５】
本発明の他の好適な実施例では、生ずる音響の場が回転するように、音源Ｓを加熱ボイラー内に設置する。図２は加熱ボイラーの燃焼室１１内に音源Ｓを設置することによって発生するそのような回転する音響の場を示す。図２に示す音圧方向パターンを発生させるには、４個の音源Ｓを使用し、その回転の直径、即ち拡がりに関しては、長方形である。また、これに相当する回転する音響の場は他の形状の加熱ボイラー内でも発生させることができる。回転する音響の場を発生させる時、音源Ｓの数、及び位置はこの実施例に示す音源Ｓの数、及び位置と相違してもよい。
【００１６】
本発明の有利な実施例では、加熱ボイラー１０内に設置した若干の音源Ｓを通じて、燃焼状態に必要な二次空気、及び／又は三次空気の一部を供給する。この供給された空気は同時に、音源Ｓの冷却空気として機能する。
【００１７】
図３Ａは本発明による音源ＳＰを示し、この音源ＳＰはパルスバーナに基づいている。図３Ｂは音源ＳＰの弁Ｖの構造の一例を示す。図３Ｃは図３Ａに示された線Ａ−Ａ′に沿う音源ＳＰの横断面図であり、図３Ｄは図３Ａに示された線Ｂ−Ｂ′に沿う音源ＳＰの横断面図である。
【００１８】
使用する音源はパルスバーナであり、このパルスバーナはガス燃料、叉はガス化燃料と、空気との間の燃焼反応の際、好適に作動し、それ自体既知の「パルスジェット」の原理で機能する。このような実施例では、音源ＳＰは組立体Ｌ１ を通じて加圧空気を供給される前室ＳＰ１ と、組立体Ｌ２ を通じて可燃ガス物質を供給される燃焼室ＳＰ２ と、音響ホーンＳＰ３ とを有する。図３Ｂに横断面図で構造を示した弁、叉は１組の弁Ｖを前室ＳＰ１ と、燃焼室ＳＰ２ との間に設ける。更に、音源ＳＰは燃焼室ＳＰ２ に設置した１個、叉はそれ以上の個数の点火装置Ｉを有する。冷却フィンＣ１ 、Ｃ２ 、・・・Ｃｎ を有する冷却装置Ｃによって、燃焼室ＳＰ２ を包囲する。組立体Ｌ３ によって、冷却空気、叉は冷却水が好適な冷却媒体を冷却装置Ｃ内に導入する。
【００１９】
燃焼が行われた後、燃焼室ＳＰ２ の圧力は清掃すべき空間内に、即ち、燃焼空間１１内に放出される。
【００２０】
使用する点火装置、叉は複数個の点火装置Ｉは絶えず赤熱して、点火作用をする構成要素として機能する点火プラグ、叉はホットシューであるのがよい。
【００２１】
音源ＳＰとして作動するパルスバーナは起動時に、炭化水素ガス、及び空気を使用するのが好適である。更に、本発明の一実施例では、二次空気、叉は三次空気をまだ導入していない燃焼空間の一部から、取り出したガス化したガスを使用する。
【００２２】
本発明音源は連続する音圧パルスを形成し、これにより、連続する迅速なパルス状音圧をボイラーの燃焼空間内に駆動することができる。
【００２３】
本発明はあらゆる形式の動力プラント、加熱炉、加熱ボイラー、及びその他の設備に適用することができる。使用する音源は音響クリーニングで既知の音響ホーンであるが、他の形式の音源を使用することもできる。
【００２４】
本発明は上述の種々の実施例に限定されず、本発明は特許請求の範囲に記載するとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱ボイラーと、その中に設置した本発明装置とを示す。
【図２】本発明による音響の場の一例を示す。
【図３Ａ】本発明による音源を示す。
【図３Ｂ】本発明による音源内の弁を示す。
【図３Ｃ】本発明による音源の横断面図である。
【図３Ｄ】本発明による音源の他の部分の横断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004502919.tif 000003
2004502919.tif 000004
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2004502919.tif 000013
2004502919.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月24日(2002.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼状態を改善し、一層完全燃焼を達成するため、音響の場を発生する複数個の音源（Ｓ）を加熱ボイラー（１０）の燃焼空間（１１）内の主要な燃焼帯域の上方の空間内に設け、加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する装置において、前記音源（Ｓ）によって発生した音圧パターンが斜めに、及び／叉は垂直に、２０°〜９０°の角度で遭遇し合うよう、前記音源（Ｓ）を設置し、発生した前記音響の場が回転するように、前記音源（Ｓ）を前記加熱ボイラー（１０）内に嵌着したことを特徴とする加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する装置。
【請求項２】
前記音源（Ｓ）によって発生した音響の場が連続的であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記音源（Ｓ）によって発生した音圧レベルは前記音圧パターンが遭遇し合う場所で１３０ｄＢより低くないことを特徴とする請求項１、叉は２に記載の装置。
【請求項４】
前記音源（Ｓ）によって発生した音響の周波数が２０〜１０００Ｈｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記加熱ボイラー（１０）の二次空気、及び／叉は三次空気、叉はその空気の一部が前記音源（Ｓ）を通じて前記加熱ボイラー内に供給されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
発生した回転する前記音響の場が正の音圧の方向に回転するように、前記音源（Ｓ）を前記加熱ボイラー（１０）内に嵌着したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
音響周波数が前記加熱ボイラー（１０）の頂部に向け増大するように、前記音源（Ｓ）を前記加熱ボイラー（１０）内に嵌着したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記音源（Ｓ）が音響ホーンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記音源（Ｓ）が空気で作動する連続サイレンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記音源（Ｓ）がパルスバーナに基づく音源（ＳＰ）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
音源として機能する前記パルスバーナ（ＳＰ）の燃料がガス状可燃物質と、酸化剤とを基本的に有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
音源として機能する前記パルスバーナ（ＳＰ）は供給すべき加圧空気を配置した前室（ＳＰ１ ）と、この前室（ＳＰ１ ）と供給燃料を配置する燃焼室（ＳＰ２ ）との間の空間を分離すると共に圧力によって開閉する１組の弁（Ｖ）と、音声ホーン（ＳＰ３ ）とを有することを特徴とする請求項１０、叉は１１に記載の装置。
【請求項１３】
組立体（Ｌ１ ）を通じて、前記パルスバーナ（ＳＰ）の前記前室（ＳＰ１ ）内に、加圧空気の連続する供給を行うよう構成したことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
組立体（Ｌ２ ）を通じて、前記パルスバーナ（ＳＰ）の前記燃焼室（ＳＰ２ ）内に、燃料の供給を行うよう構成したことを特徴とする請求項１２、叉は１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記パルスバーナ（ＳＰ）の前記燃焼室（ＳＰ２ ）の圧力を前記加熱ボイラー（１０）の前記燃焼空間（１１）内に排出するよう構成したことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
加熱ボイラー（１０）の燃焼空間（１１）内の主要な燃焼帯域の上方の空間内の音源（Ｓ）によって、音響の場を発生させ、加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する方法において、前記音源（Ｓ）によって発生した音圧パターンが斜めに、及び／叉は垂直に、２０°〜９０°の角度で遭遇し合うよう、前記加熱ボイラー（１０）の種々の側部、及び／叉は種々の高さの位置に設置した前記音源（Ｓ）によって、回転する音響の場を発生させることを特徴とする加熱ボイラー内の燃焼状態、及び熱伝達を改善する方法。
【請求項１７】
音源（Ｓ）として、パルスバーナに基づく音源（ＳＰ）を使用することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2004502919.tif 000015
2004502919.tif 000016
2004502919.tif 000017