JP7458180B2 - 衝撃波式スートブロワシステムおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃波式スートブロワを含むシステムおよびその運転方法に関する。

従来から、例えばボイラなどの装置に、装置内の機器表面（例えば、過熱器の表面）に付着したダストを除去するために、衝撃波式スートブロワが用いられている（例えば、特許文献１参照）。この衝撃波式スートブロワは、燃料ガスおよび酸化剤ガスを含む混合気を燃焼させて衝撃波を発生させ、この衝撃波を装置の内部空間に放出するように構成されている。この衝撃波により、装置内の機器表面からダストが除去される。

一般的に、衝撃波式スートブロワは、燃料ガスと酸化剤ガスを混合して燃焼させる燃焼室と、燃焼室に供給するための燃料ガスおよび酸化剤ガスの各々を貯留しておく燃料ガス充填タンクおよび酸化剤ガス充填タンクを備えており、従来、前記燃焼室へのガス供給は、各充填タンクに燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ所定の設定圧力値になるまで充填し、その後、各充填タンク内のガスを所定時間（各充填タンク内の圧力と燃焼室内の圧力が平衡に達するのに十分な時間）燃焼室へ転送することにより行っていた。

特開２００５－１７２４１８号公報

しかし、衝撃波式スートブロワにおいて、出力される衝撃波の衝撃力は燃焼室内の圧力によって決まるのに対し、上述のような運転方法では、燃焼室内の圧力が目標値に対してばらつきが大きいことから、衝撃力を精度良く制御することは困難であった。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、衝撃波式スートブロワから出力される衝撃力を高精度に制御することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る衝撃波式スートブロワシステムは、
燃料ガスと酸化剤ガスとの混合気を燃焼させることにより衝撃波を出力する衝撃波式スートブロワを含むシステムであって、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを混合して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室で生成した燃焼ガスを吐出することにより衝撃波を出力する吐出口を有するスートブロワ本体と、
前記燃焼室に前記燃料ガスを供給する燃料供給源と、
前記燃料供給源から前記燃焼室へ前記燃料ガスを供給する燃料供給路に設けられた燃料供給路開閉弁と、
前記燃焼室に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給源と、
前記酸化剤供給源から前記燃焼室へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給路に設けられた酸化剤供給路開閉弁と、
を備える前記衝撃波式スートブロワと、
前記燃焼室内の圧力を測定する燃焼室圧力測定装置と、
前記燃焼室圧力測定手段で測定した圧力値に応じて前記燃料供給路開閉弁および前記酸化剤供給路開閉弁の開閉を制御する弁制御装置と、
を備える。

また、本発明に係る上記衝撃波式スートブロワシステムの運転方法は、
前記燃料供給路開閉弁を開いて、前記燃料供給路から前記燃焼室へ前記燃料ガスを供給する過程と、
前記酸化剤供給路開閉弁を開いて、前記酸化剤供給路から前記燃焼室へ前記酸化剤ガスを供給する過程と、
前記燃焼室圧力測定装置によって測定した圧力値が所定値に達したときに、前記燃料供給路開閉弁および前記酸化剤供給路開閉弁を閉じる過程と、
を含む。

衝撃波式スートブロワでは、燃焼開始時における、燃焼室内の混合ガス圧力によって出力される衝撃力が決まる。上記のシステムおよび運転方法によれば、燃焼室内の圧力を直接測定し、燃焼開始前の燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給量を制御するので、極めて高い精度で衝撃力を制御することが可能になる。これにより、衝撃力を利用した作業（例えばダスト除去）を確実に行うことができるとともに、過剰な衝撃力を出力することによる運転コストの無駄を回避することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る衝撃波式スートブロワシステムにおいて、前記燃料供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記燃料ガスを貯留する燃料貯留タンクと、前記燃料貯留タンク内の圧力を測定する燃料貯留タンク圧力測定装置と、前記酸化剤供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記酸化剤ガスを貯留する酸化剤貯留タンクと、前記酸化剤貯留タンク内の圧力を測定する酸化剤貯留タンク圧力測定装置とを備えていてもよい。

また、この衝撃波式スートブロワシステムの運転方法は、
前記燃料貯留タンク圧力測定装置によって測定した圧力値が所定値を下回ったときに、この所定値に達するまで前記燃料供給源から前記燃料ガスを補充する過程と、
前記酸化剤貯留タンク圧力測定装置によって測定した圧力値が所定値を下回ったときに、この所定値に達するまで前記酸化剤供給源から前記酸化剤ガスを補充する過程と、
を備えていてもよい。

この構成によれば、ガス供給源と燃焼室との間に圧力制御可能な貯留タンクが設けられているので、各貯留タンクを所定圧力以上に維持することにより、システムを安定的に運転することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、衝撃波式スートブロワから出力される衝撃力を高精度に制御することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る衝撃波式スートブロワシステムの概略構成を示すブロック図である。 図１の衝撃波式スートブロワシステムに用いられるスートブロワの構造および燃焼開始前までの動作を示す断面図である。 図１の衝撃波式スートブロワシステムに用いられるスートブロワの構造および燃焼開始後の動作を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る衝撃波式スートブロワシステム（以下、「ＳＰＳシステム」という。）１の概略構成を示す。ＳＰＳシステム１は、例えば、廃棄物焼却炉の排熱を熱源として利用するボイラに設置されて、ボイラ内の過熱器などの装置に付着したダストを衝撃波ＳＰによって除去するために用いられる。もっとも、ＳＰＳシステム１の用途はこれに限定されない。

ＳＰＳシステム１は、衝撃波式スートブロワ（以下、単に「スートブロワ」と呼ぶ。）３と、燃焼室圧力測定装置５と、弁制御装置７とを備えている。

スートブロワ３は、燃料ガスＦと酸化剤ガスＯとの混合気を燃焼させ、これによって生じた燃焼ガスＢを吐出することによって衝撃波ＳＰを出力する。本実施形態では、燃料ガスＦとしてメタンガスが、酸化剤ガスＯとして酸素ガスが使用されている。もっとも、燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯはこれらに限定されない。

スートブロワ３は、燃焼室９およびこの燃焼室９と一体のスートブロワ本体１１を備えている。スートブロワ本体１１には、燃焼室９で生成された燃焼ガスＢを吐出する吐出口１３が設けられている。スートブロワ３は、さらに、燃料供給源である燃料タンク１５と、酸化剤供給源である酸化剤タンク１７とを備えている。燃料タンク１５から燃焼室９へ燃料ガスＦを供給する燃料供給路１９には、燃料供給路開閉弁２１が設けられている。酸化剤タンク１７から燃焼室９へ酸化剤ガスＯを供給する酸化剤供給路２３には、酸化剤供給路開閉弁２５が設けられている。

本実施形態では、さらに、燃料タンク１５と燃焼室９との間に燃料貯留タンク２７が設けられ、酸化剤タンク１７と燃焼室９との間に酸化剤貯留タンク２９が設けられている。すなわち、燃料供給路１９の中途に燃料貯留タンク２７が設けられており、酸化剤供給路２３の中途に酸化剤貯留タンク２９が設けられている。燃料供給路開閉弁２１は、燃料供給路１９上の燃料貯留タンク２７と燃焼室９との間に配置されている。同様に、酸化剤供給路開閉弁２５は、酸化剤供給路２３上の酸化剤貯留タンク２９と燃焼室９との間に配置されている。

燃料貯留タンク２７および酸化剤貯留タンク２９には、それぞれ、各タンク内の圧力を測定する燃料貯留タンク圧力測定装置３１および酸化剤貯留タンク圧力測定装置３３が設けられている。さらに、燃料タンク１５と燃料貯留タンク２７との間、および酸化剤タンク１７と酸化剤貯留タンク２９との間にも、それぞれ開閉弁３５，３７が設けられている。

ここで、図２Ａ，２Ｂを参照して、スートブロワ３の構造および動作原理を説明する。スートブロワ本体１１と一体に設けられた燃焼室９は、詳細には、スートブロワ本体１１の両側部から燃焼ガスＢの吐出方向に直交するように延びる一対のメイン燃焼室４１，４１と、一対のメイン燃焼室４１，４１の間に位置する予備燃焼室４３とを有する。一対のメイン燃焼室４１，４１に、燃料供給路１９および酸化剤供給路２３が接続されている。一対のメイン燃焼室４１，４１の間にはシリンダ４５が設けられている。シリンダ４５内部には、ピストン４７がシリンダ４５の内周壁に摺動可能に設けられている。スートブロワ本体１１のピストン４７に対向する部分に、燃焼ガスＢの吐出口１３を形成するノズル４９が設けられている。すなわち、ピストン４７は、燃焼ガスＢの吐出方向に移動可能に設けられている。

ピストン４７の後端部（吐出口１３と反対側の端部）に設けられた頭部４７ａがシリンダ４５の内周壁に摺接している。ピストン４７の頭部４７ａとシリンダ４５後部の内壁との間の空間には、ピストン４７を前方へ押圧するための押圧ガス（この例では窒素ガス）Ｐが充填されている。シリンダ４５内空間の、ピストン４７の頭部４７ａよりも前方の部分が前記予備燃焼室４３を形成している。図２Ａに示す燃焼開始前の状態においては、押圧ガスＰの圧力によってピストン４７が吐出口１３を閉塞している。

予備燃焼室４３には点火装置５１が設けられている。メイン燃焼室４１に導入され、図２Ｂに示すように予備燃焼室４３に流入した燃料ガスＦと酸化剤ガスＯとの混合ガスが点火装置５１によって点火され、予備燃焼室４３において混合気の燃焼が開始されると、予備燃焼室４３内の圧力上昇によってピストン４７が後方へ押し戻され、吐出口１３が開放される。吐出口１３が開いている間、予備燃焼室４３からメイン燃焼室４１全体へ混合気の燃焼が広がり、これによって生成された燃焼ガスＢがノズル４９から排出される。この排出された燃焼ガスＢによって衝撃波ＳＰが出力される。

このように、本実施形態では、燃焼室９に設けられたピストン４７と押圧ガスＰが、燃焼開始前に燃焼ガスＢの吐出口１３を閉鎖し、燃焼開始後に前記吐出口１３を開放するように構成された開閉機構５３を構成している。もっとも、ここで説明した開閉機構５３の態様は一例にすぎず、このように作用するものであれば他の態様の機構を用いてもよい。

スートブロワ３はこのような動作原理によって衝撃波ＳＰを発生させるので、出力される衝撃力は、燃焼開始時の燃焼室９の混合ガス圧力によって決まる。そこで、本実施形態では、燃焼室９に、燃焼室９内の圧力を測定する燃焼室圧力測定装置５が設けられている。燃焼室圧力測定装置５としては、燃焼室９内で発生する燃焼による衝撃および温度に耐えられる仕様の圧力センサが用いられる。

次に、このように構成されたＳＰＳシステム１の運転方法について説明する。

最初に、弁の開閉を制御する弁制御装置７によって、燃料供給路開閉弁２１を開いて、燃料供給路１９から燃焼室９へ燃料ガスＦを供給すると共に、酸化剤供給路開閉弁２５を開いて、酸化剤供給路２３から燃焼室９へ酸化剤ガスＯを供給する。本実施形態では、燃料貯留タンク２７および酸化剤貯留タンク２９から、それぞれ、燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯが燃焼室９へ供給される。本実施形態では、燃焼室９への燃料ガスＦの供給と酸化剤ガスＯの供給とは同時に行っている。

いずれの場合も、燃焼室９へのガス供給は、燃焼室内圧力測定装置５によって、燃焼室９内の圧力をモニタリングしながら行う。

その後、燃焼室圧力測定装置５によって測定した圧力値が所定値に達した場合に、弁制御装置７によって燃料供給路開閉弁２１および酸化剤供給路開閉弁２５を閉じて、燃焼室９へのガス供給を停止する。燃焼室９の圧力の前記所定値とは、所望の衝撃力に対応する圧力値である。この所定値は、例えば、事前の試験によって、燃焼開始時の燃焼室９内の圧力値と、得られた衝撃力との対応関係をマップや関数として用意しておき、このようなマップや関数に基づいて決定する。

また、本実施形態では、燃料貯留タンク圧力測定装置３１によって測定した圧力値が所定値を下回ったときに、この所定値に達するまで燃料タンク１５から燃料貯留タンク２７へ燃料ガスＦを補充する。同様に、酸化剤貯留タンク圧力測定装置３３によって測定した圧力値が所定値を下回ったときに、この所定値に達するまで酸化剤タンク１７から酸化剤貯留タンク２９へ酸化剤ガスＯを補充する。このような圧力制御は、燃料貯留タンク２７側に設けられた第２弁制御装置５５および酸化剤貯留タンク２９側に設けられた第３弁制御装置５７によって行う。燃料貯留タンク２７および酸化剤貯留タンク２９における圧力の前記所定値とは、各貯留タンク２７，２９から燃焼室９へのガス供給を開始してから燃焼室９における圧力の所定値に達するまでに必要な供給量を確実に賄うことができる圧力値である。

このように、各供給源１５，１７と燃焼室９との間に圧力制御可能な貯留タンク２７，２９を設け、各貯留タンク２７，２９を所定圧力以上に維持することにより、ＳＰＳシステム１を安定的に運転することが可能になるので、各貯留タンク２７，２９を設けることが好ましい。もっとも各貯留タンクを省略し、燃料タンク１５および酸化剤タンク１７の各々から直接燃料ガスＦおよび酸化剤ガスＯを燃焼室９へ供給してもよい。

燃焼室９へのガス供給が完了した後、例えば図２Ａ，２Ｂと共に説明した方法によって燃焼室９内で混合ガスを燃焼させ、衝撃波ＳＰを出力する。

以上説明した本実施形態に係る衝撃波式スートブロワシステム１およびその運転方法によれば、燃焼室９内の圧力を直接測定し、この測定値に基づいて燃焼開始前のガス供給量を制御するので、極めて高い精度で衝撃力を制御することが可能になる。これにより、衝撃力を利用した作業（例えばダスト除去）を確実に行うことができるとともに、過剰な衝撃力を出力することによる運転コストの無駄を回避することが可能になる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 衝撃波式スートブロワシステム
３ 衝撃波式スートブロワ
５ 燃焼室圧力測定装置
７ 弁制御装置
９ 燃焼室
１１ スートブロワ本体
１３ 吐出口
１５ 燃料タンク（燃料供給源）
１７ 酸化剤タンク（酸化剤供給源）
１９ 燃料供給路
２１ 燃料供給路開閉弁
２３ 酸化剤供給路
２５ 酸化剤供給路開閉弁
２７ 燃料貯留タンク
２９ 酸化剤貯留タンク
Ｂ 燃焼ガス
Ｆ 燃料ガス
Ｏ 酸化剤ガス
ＳＰ 衝撃波

Claims (4)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの混合気を燃焼させることにより衝撃波を出力する衝撃波式スートブロワを含むシステムであって、
   前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを混合して燃焼させる燃焼室と、
   前記燃焼室で生成した燃焼ガスを吐出することにより衝撃波を出力する吐出口を有するスートブロワ本体と、
   前記燃焼室に前記燃料ガスを供給する燃料供給源と、
   前記燃料供給源から前記燃焼室へ前記燃料ガスを供給する燃料供給路に設けられた燃料供給路開閉弁と、
   前記燃焼室に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給源と、
   前記酸化剤供給源から前記燃焼室へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給路に設けられた酸化剤供給路開閉弁と、
   を備える前記衝撃波式スートブロワと、
   前記燃焼室内の圧力を測定する燃焼室圧力測定装置と、
   前記燃焼室圧力測定装置で測定した圧力値が、前記衝撃波の所望の衝撃力に対応する所定値に達するように前記燃料供給路開閉弁および前記酸化剤供給路開閉弁の開閉を制御する弁制御装置と、
   を備え、
   前記燃焼室へのガス供給が、前記燃焼室圧力測定装置によって、前記燃焼室内の圧力をモニタリングしながら行われる、衝撃波式スートブロワシステム。
2. 請求項１に記載の衝撃波式スートブロワシステムにおいて、
   前記燃料供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記燃料ガスを貯留する燃料貯留タンクと、
   前記燃料貯留タンク内の圧力を測定する燃料貯留タンク圧力測定装置と、
   前記酸化剤供給源と前記燃焼室の間に設けられて前記酸化剤ガスを貯留する酸化剤貯留タンクと、
   前記酸化剤貯留タンク内の圧力を測定する酸化剤貯留タンク圧力測定装置と、
   を備える衝撃波式スートブロワシステム。
3. 請求項１または２に記載の衝撃波式スートブロワシステムを運転する方法であって、
   前記燃料供給路開閉弁を開いて、前記燃料供給路から前記燃焼室へ前記燃料ガスを供給する過程と、
   前記酸化剤供給路開閉弁を開いて、前記酸化剤供給路から前記燃焼室へ前記酸化剤ガスを供給する過程と、
   前記燃焼室圧力測定装置によって測定した圧力値が所定値に達したときに、前記燃料供給路開閉弁および前記酸化剤供給路開閉弁を閉じる過程と、
   を備える衝撃波式スートブロワシステムの運転方法。
4. 請求項２を引用する請求項３に記載の運転方法において、
   前記燃料貯留タンク圧力測定装置によって測定した圧力値が所定値を下回ったときに、この所定値に達するまで前記燃料供給源から前記燃料ガスを補充する過程と、
   前記酸化剤貯留タンク圧力測定装置によって測定した圧力値が所定値を下回ったときに、この所定値に達するまで前記酸化剤供給源から前記酸化剤ガスを補充する過程と、
   を備える衝撃波式スートブロワシステムの運転方法。

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