KR101490784B1 - 열교환기의 효율을 증가시키기 위한 버너 시스템 및 열교환기의 효율을 증가시키는 방법 - Google Patents

열교환기의 효율을 증가시키기 위한 버너 시스템 및 열교환기의 효율을 증가시키는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101490784B1
KR101490784B1 KR1020127017908A KR20127017908A KR101490784B1 KR 101490784 B1 KR101490784 B1 KR 101490784B1 KR 1020127017908 A KR1020127017908 A KR 1020127017908A KR 20127017908 A KR20127017908 A KR 20127017908A KR 101490784 B1 KR101490784 B1 KR 101490784B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction chamber
compounds
explosions
reaction
explosion
Prior art date
Application number
KR1020127017908A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130004248A (ko
Inventor
마이클 제트너
Original Assignee
마이클 제트너
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마이클 제트너 filed Critical 마이클 제트너
Publication of KR20130004248A publication Critical patent/KR20130004248A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101490784B1 publication Critical patent/KR101490784B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/126—Radiant burners cooperating with refractory wall surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/18—Radiant burners using catalysis for flameless combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/002—Gaseous fuel
    • F23K5/007—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R7/00—Intermittent or explosive combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2200/00—Combustion techniques for fluent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2205/00—Pulsating combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

Abstract

본 발명은, 연속적인 플로우 대신 제어된 연속적 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 이용하여, 열교환기 효율을 증가시키기 위해 쉽게 활용될 수 있는 압력파들을 형성함으로써 상당한 고온에서 유체들의 '준-연속적 연소'를 가능하게 하는 버너 시스템이다. 개시 이후에 폭파들 또는 폭발들은 적외선 방사의 사용에 의해 유지된다. 펄싱된 폭파들 또는 폭발들은 충격파들을 열교환기 벽들로 보내서, 열교환기 벽 내로, 열교환의 다른 방법으로 가능한 에너지보다 더 큰 에너지의 상당 부분을 도입한다. 또한 폭파파 또는 폭발파 내의 질량의 네거티브 가속의 운동 에너지가 열교환기 벽들 내로 도입되는 추가적인 열로서 부가된다.

Description

열교환기의 효율을 증가시키기 위한 버너 시스템 및 열교환기의 효율을 증가시키는 방법{A BURNER SYSTEM AND A METHOD FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF A HEAT EXCHANGER}
본 발명은 버너 시스템들 및 열교환기들 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 발열 반응들에서 생성되는 열에너지의 전달을 향상시키는 버너의 새로운 디자인, 및 하나의 매체로부터 다른 매체로의 열에너지 교환을 위해 열교환기를 이용하는 증기 발생기 및 다른 시스템들에 이용되는 열교환기들에 관한 것이다.
연료 및 공기 또는 다른 화합물들은 다양한 목적으로 자유 에너지를 열 형태로 형성하기 위해 반응된다. 상기 반응은 보통 연소 파트용 버너들 또는 연소 챔버들 및 얻어진 열에너지의 개발을 위한 열교환기들의 도움으로 수행된다. 예를 들어, 많은 발전소들에서는 연료가 태워지고 열에너지로부터 열교환기들의 도움으로 고온의 물 또는 증기가 형성된다. 전체 시스템을 흔히 "보일러(boiler)"라고 지칭한다. 상기 증기는 이후에 전기를 생산하기 위하여 터빈을 작동시키는데 사용된다. 예를 들어 발전소들용의 상기 버너들 및/또는 보일러들의 효율 증가는 출력-전력의 감소 없이 연료 연소의 감소를 가져온다. 버너-효율 및 또는 열교환기 효율 또는 보일러 효율의 증가는 상기 발전소의 소위 "시스템 효율(system efficiency)" 또는 전체 효율의 증가를 가져올 것이고, 비용을 절감하며, 형성되는 이산화탄소 및 과도한 열의 양을 감소시킬 것이다. 버너-효율, 열교환기 효율 및/또는 보일러 효율의 증가는 보통의 연료에 비하여 저에너지 값(흔히 부정확하게는 '저칼로리 값(low calorific value)'으로 지칭함)을 가지는 연료들 또는 화합물들의 사용도 가능하게 할 것이며, 고 에너지 함유 연료들과 동일한 효율을 가져올 것이며, 이에 의해 연료들과 같은, 다른 경우의 폐기물들의 사용을 가능하게 한다.
몇몇 물리적 효과들이 본 발명에서 이용된다. 상기 효과들은 목적하는 결과를 얻기 위해 특정 연소들에 이용된다. 상기 물리적 효과들을 먼저 설명함으로써, 본 발명의 이해가 쉬워질 것이다. 상기 효과들은 이하에서, 서로 독립적으로 간단하게 설명된다.
전파 속도( propagation speed ) 및 팽창 속도
2개의 화합물, 예를 들어 연료 및 공기 중의 산소가 화학적으로 반응할 때, 상기 두 화합물들 사이의 반응은 특정 전파 속도를 갖는다. 가장 알려진 것은 공기 형태의 산소와 옥탄(octane)의 특정한 전파 속도이다. 이는 옥탄가(Octane Number) 100으로 알려져 있으며, 다른 유사한 전파 속도들에 대한 비교로 이용된다. 자동차들용 가솔린에 대한 옥탄가 시스템은 상기 속도에 기초하며, 따라서 주유소들에서 매일 사용하여 잘 알려져 있다. 반응에서의 화합물들의 압력을 증가시킴으로써, 전파 속도는 증가하고 따라서 반응이 완료되기까지의 시간이 감소된다. 전파 속도는 압력의 증가에 대하여 지수적으로(exponentially) 증가한다. 이와 관련하여, 중요한 것은, 전파 속도에 직접적인 영향을 주지 않는 공급 압력이 아니라, 반응에서의 화합물들의 압력이다. 압력이 증가하고 이에 따라 반응 시간이 감소하는 경우, 동일한 양의 에너지가 더 짧은 시간에 방출된다. 만약 두 화합물들의 반응이 예컨대, 0.1초의 시간이 걸리는 경우, 에너지는 상기 시간 동안 방출되며, 따라서 생성되는 화합물들 또는 가스들의 부피는, 특정 압력 및 화합물들에 관계된 특정 시간 내에 증가한다. 팽창에 필요한 시간도 각 혼합물 및 압력에 따라 특정되며, 반응이 동일한 압력 및 반응하는 화합물들의 양 또는 질량들의 변수들로 일어날 때마다 동일할 것이다. 동일한 화합물들은, 동일한 압력 하에서 동일한 양들로, 항상 동일한 시간 내에 반응할 것이다. 상기 예에서는 0.1초 이상이 소요된다. (본 원칙에 대한 예외는 높은 함량의 비-반응 화합물들과의 혼합물들이다.)
만약 반응 중에, 특정 열용량들, 밀도 등에 의존되는 특정 반응 시간 동안 연료 가스 및 공기의 혼합물의 부피가 일 예로서 10 cm³내지 1,000 cm³로 팽창하는 경우, 반응에서의 화합물들의 압력이 증가할 때 가스들은 더 짧은 시간 동안 팽창될 것이다. 따라서 화합물들의 반응에서 형성되는 결과적인 가스들이, 반응 중 및 반응 후에 팽창되는 속도는 반응 시간에 간접적으로 비례하며, 반응 중의 화합물들의 압력에 직접 비례한다.
압력의 증가는 화합물들의 반응 중 및 반응 후에 형성되는 팽창 가스(expanding gas)들의 속도의 증가를 가져올 것이다. 만약 화합물들의 압력이 충분히 높다면, 화합물들은 빠르게 반응하여 폭파하거나 폭발할 것이다. "폭발(detonation)"의 정의는 "폭파(explosion)"의 정의보다 통상적이다. 폭파와 폭발 양자는 소리의 속도보다 큰, 반응의 팽창 생성물들의 속도를 가지는 반응을 지칭한다.
화염면 전파( flame front propagation )
보통의 연소 공정에서, 화합물들은 반응하기 전에 반응 지점으로 흐른다. 상기 지점은 화염의 시작점으로 볼 수 있다. 화합물들이 화염의 시작점으로 동일한 속도(미터/초)로 흐르는 경우, 반응 후 반응 지점으로부터 떨어져서, 사람의 눈에는 화염이 여전히 어떤 지점에 머무르는 것처럼 보인다. 실제로, 화합물들의 일정한 플로우(flow) 또는 이동이 일 방향으로 일어나고, 화염면의 이동은 반대 방향으로 일어난다. 화합물들의 혼합물 각각은 혼합물의 압력 각각에 대하여 특정 화염 속도를 갖는다. 만약 화염이 화합물들로 이동한다면, 포지티브(positive)로 지칭되며, 만약 화염이 화합물들이 공급되는 지점으로부터 멀리 이동한다면, 네거티브(negative)로 지칭된다. 화염의 네거티브 이동은, 보통 화합물들의 플로우 속도의 증가에 기인하며, 화염의 붕괴(break-up)를 가져온다.
화염면 전파 및 혼합물들의 반응 속도
반응할 수 있고 반응할 것으로 추정되는 화합물들의 압력의 증가는 반응 속도를 증가시킨다. 이와 함께 화염면의 속도도 증가한다. 예를 들어, 메탄(methane)과 산소의 혼합물은 압력과 함께 반응 속도가 증가된다. 반응 속도의 증가는 반응 압력에 지수적이다. 하지만, 만약 반응의 화합물들이, 반응에 참여하지 않거나 참여할 수 없거나 다른 반응을 형성하는 다른 화합물들과 혼합되는 경우, 화염 전파 속도는 실제로 감소할 것이다. 만약, 메탄과 산소 사이의 화학 반응의 예를 고려하면, 다른 화합물들, 예를 들어 메탄이 50 중량 퍼센트 이산화탄소의 가스 혼합물의 일부이고 산소가 자연적 공기의 일부로, 약 23.151 중량 퍼센트인 경우, 반응이 이루어지는 물질의 총량을 이루는 물질의 대략 25 중량 퍼센트만이 반응에 참여할 수 있다. 다른 화합물들은 물리적으로 산소 분자들과 메탄 분자들의 사이에 있기 때문에, 서로 도달하고 반응하는 것을 방해하여 실제로 화학 반응을 저해한다. 화합물들의 압력을 증가시킴으로써, 본 효과도 증가하고, 화염 전파 속도는 감소한다. 또한, 화합물들의 압력을 증가시킴으로써 버퍼 물질의 밀도가 증가되어 화학적으로 반응할 수 있는 화합물들로 적게 침투하게 되는 것이 분명하다. 본 효과는 불의 전파를 늦추거나 심지어 더 퍼지지 못하게 하는 대형 빌딩들의 방화문들에 비교될 수 있다. 상기 방화문들은 통상적으로 불의 퍼짐(spreading)을 지연시킬 수 있는 총 시간에 따라 분류된다.
속도에 따른 팽창 가스들의 변화하는 거동
용어, 즉 팽창(expansion), 폭연(deflagration), 폭파(explosion) 및 폭발(detonation)은 모두 반응의 거동 및 화합물들의 화학적 또는 물리적 반응에 의해 통상적으로 형성되는 팽창 가스들에 관련되며, 팽창 가스들이 팽창하는 속도에 관련된다. 반응 및 팽창 속도가 증가하면서, 가스들이 팽창하는 방식이 변화된다. 상대적으로 낮은, 음속보다 느린(subsonic) 속도들에서 가스들은 고르게 팽창한다. 폭파 또는 폭발을 통해 형성되는 가스들은 다른 밀도의 분포를 갖는다. 후자의 경우들에서 팽창 부피의 얇은 구형 또는 부분적으로 구형의 바깥층은, 통상적으로 "충격파(shock-wave)" 또는 "폭발파(blast-wave)"로 지칭되며, 가스들의 전면(前面) 및 특히 후면에서보다 매우 높은 밀도를 가지며, 폭파 또는 폭발의 시작 지점에 대하여 상대적으로 측정된다. "충격파" 후면의 가스들은 통상적으로 낮은 압력을 가지거나 진공으로 추정된다. 벽(wall) 상에서 폭파 또는 폭발로부터의 파면(wave-front)의 압력(구형 또는 부분적으로 구형의 파면이 벽에 부딪히고, 파면의 질량이 네거티브 가속을 통해 진행하는 동안)은 반응이 시작하는 시점에서 화합물들의 평균 압력보다 훨씬 크다. 다시 말하면, 구형 또는 부분적으로 구형으로 팽창하는 가스들에서의 에너지 양은 가스들 전체에 고르게 분포되지 않고 바깥쪽, "충격파면(shock-wave-front)"에서 가장 크다.
가스 마찰 또는 유체 저항 및 그의 속도에 대한 증가
마찰(friction)은 '유체 저항(fluid resistance)'으로도 지칭되며, 압력을 받은(pressurized) 가스들이 파이프들 또는 파이프들과 유사한 시스템들을 통해 흐를 때 발생한다. 가스 마찰 또는 유체 저항은 압력에 따라 지수적으로 증가하고 속도에 따라 증가한다. 이는 파이프를 통과하는 가스 또는 유체 분자들 또는 원자들이 파이프의 분자들 또는 원자들과 기계적으로 충돌하는 것으로 가장 잘 이해될 수 있다. 충돌하는 분자들 또는 원자들은 흐름(stream) 내로 되돌아가며, 폐색(blockage)을 형성할 때까지 자유로운 플로우를 방해하는 충돌에 의해 되돌아가는 것의 결과로서 플로우 패턴을 형성한다. 이는 다차선 고속도로 및 상기 고속도로를 일 방향으로 주행하는 차량들에 비유될 수 있다. 만약, 몇몇 차량들이 장애물들을 가진 외측 차로에서 산발적으로 충돌한다면, 차량들은 고속도로에 다시 내던져질 것이고, 후속 차량들에 더 많은 충돌을 유발할 것이다. 속도가 증가하면, 피해는 상당히 커진다. 높은 속도로 장애물에 충돌한 차량은 흐름 내에서 더욱 뒤로 내던져질 것임이 분명하다. 또한, 서로의 뒤의 차량들이 증가하며, 밀도, 즉 플로우 또는 차량들의 수가 증가하면, 플로우는 경계들에서의 이러한 충돌들에 의해 더욱 방해 받을 것이다. 결국, 고속도로가 더 좁아지면, 고속도로의 가장자리들에서의 충돌이 일어나는 경우, 자유로운 플로우에 대한 방해도 증가할 것이다. 특정 속도에서, 이는 각 특정 가스-흐름에 대하여, 조성, 온도 및 압력에 따라 다르며, 가스 마찰 또는 유체 저항이 크면, 더 이상 가스들은 파이프를 통과할 수 없다. 다음으로 가스들은 가스 마찰 또는 유체 저항에 의해 흐름이 막힌다.
경계층들( Boundary Layers )
고체면에서, 경계층들은 형성될 수 있고 형성될 것이다. 예를 들어, 만약 가스의 흐름이 고체면 상으로 흐르는 경우, 고체면에 가장 가까운 가스 분자들은, 고체 물질의 표면 구조에 기인하여 플로우 경로를 변화시킬 것이다. 또한, 만약 고온(hot) 가스가 상대적으로 저온의 고체면 상으로 흐르는 경우, 난류성(turbulent)인지 층류성(laminar)인지에 관계없이, 가스는 열에너지의 일부를 고체면에 전달할 것이며, 따라서 그 특성들, 주로 온도 그리고 두 번째로 밀도 그리고 부피가 변화될 것이며, 따라서 다른 플로우 특성들을 가지는 층을 형성할 것이며, 이는 고체면과 가스 플로우의 주된 부분 사이의 "경계층"으로 지칭된다. 만약 가스들이 열에너지를 열교환기들 내의 고체들로 전달해야한다면, 상기 경계층들은 고체벽과 가스 흐름의 주된 부분 사이에, 대부분 원치 않는, 버퍼층들을 형성하여, 열전달 효율을 상당하게 감소시킨다.
또한, 만약 고온의 또는 따뜻한 가스들의 흐름이 난류 또는 층류 방식으로 열교환기의 상대적으로 저온의 표면 상으로 플로우한다면, 에너지의 교환은 고온 가스들을 냉각시켜, 플로우 패턴을 변화시킨다. 또한 열교환기의 벽과 에너지를 교환한 가스들의 다른 쪽에 있는 가스들이 더 고온이고, 따라서 열교환기 벽과 열에너지를 교환한 가스들을 다시 가열시키는 자연적 효과가 발생된다. 따라서, 열교환기의 상대적으로 저온의 벽들 상으로의 고온 가스들의 플로우에 의한 열교환 과정은 에너지 전달의 감소를 가져오는 패턴을 형성한다. 더 저온인 가스들과 더 고온인 가스들 사이의 에너지 교환 효과는 인접한 층에 대하여 더 적은 온도 차를 가지는 층들의 형성으로 인하여 층류성 또는 난류성 가스 흐름들과의 열교환 효율을 감소시킨다.
다른 중요한 점은 고온 가스들과 고체면 사이의 온도 차이의 연속적인 감소이다. 고온 가스 흐름의 중앙에서 측정되는 명목(nominal) 온도를 가지는 고온 가스들의 흐름은 고체면과 다른 특정 온도를 갖는다. 온도차가 클수록, 가능한 열교환 속도가 커진다. 그러나, 경계층은 고체면과 이미 열을 교환하여, 가스 흐름의 고온 구역과 더 저온의 고체면 사이에서, 절연체와 같이, 낮은 온도들의 버퍼층들로 작용하는 가스들의 층들을 형성한다. 따라서, 주된 가스 흐름보다 낮은 온도를 가지는 경계층의 분자들과 고체면 사이의 매우 적은 온도차와 같이, 고온 가스 흐름과 저온 고체면 사이의 온도차는 열교환에 이용될 수 없다.
경계면들의 본 효과를 극복하기 위해, 층류 흐름 대신에, 고온 가스들의 난류가 흔히 이용된다. 고온 가스들은 난류성으로 흘러서, 고체면들에 대한 경계들에서 형성되는 층들을 교환하거나 대신할 수 있다. 그러나, 고온 가스의 층류 대신 난류를 이용하는 것은 열전달을 수행하는 데 더 많은 시간을 필요로 하는 효과를 가져 온다. 이는 난류에 의해 커버되는 표면은 동일한 시간에 층류에 의해 커버되는 표면보다 더 큰 것을 의미한다. 따라서, 열교환이 일어나는 활성면은 경계층과 같은 효과가 없는 경우 요구되는 것보다 커야하며, 열은 더 큰 표면에 대하여 퍼진다. 따라서, 직접적인 결과로서, 이용 가능한(available) 온도도 감소하며 동일한 양의 에너지가 더 큰 표면을 가열하여야 한다. 비록 층류보다 난류의 경우 순(net) 열전달이 보다 효율적이라고 하더라도, 두 경우 모두 상기 열의 일부만이 전달될 수 있다.
바로 앞에서 설명한 효과들로 인하여, 통상적으로 연소 또는 소각(incineration)에서 발생하는 가스들의 온도가 높을수록, 시스템의 전체 효율이 향상된다고 한다. 이는 시스템이 연소 또는 소각의 초기(primary) 온도에 의존되기 때문이 아니라, 상술한 효과들이, 고체면들 상에서의, 층류성이든 난류성이든, 고온 가스들의 흐름에 의존하는 통상적인 열교환기들로 더 많은 양의 열을 얻기가 불가능하게 하기 때문이다.
미국 특허 제6,555,727호(Michael L. Zettner)로부터 화합물들이 압력 하에서 공급되고 "폭파되듯이(explosion-like)" 매우 빠르게 반응하는 버너의 개념이 알려졌다. 이러한 개념에서, 화염은 중단(break off)되어 불연속적인 방식으로 타지(burning) 않고, 명백히 연속적으로 탄다. 압력 하에서 동작하는 버너들은 화염면 중단의 문제를 처리하여야 하며, 많은 메커니즘이 상기 문제를 극복하기 위해 발명되었다. 예를 들어, 미국 특허 제5,131,840호(Michael L. Zettner)는 화염면의 중단을 방지하는 방법을 제시한다.
소위 "펄스 데토네이션 엔진들(Pulse Detonation Engines)"은 70년 이상 알려져 있으며, 일부는 제조되고 시험되었다. 가장 유명한 것은 독일 "V1 프라잉 폭탄(V1 flying bomb)"의 엔진으로서 사용된 "아르고스 AS 109-014 펄스 제트 엔진(Argus AS 109-014 pulse jet engine)"이었다. 상기 엔진은 폭파 또는 폭발의 파면의 역방향(backwards) 이동을 방지하는 기계적 밸브들 또는 셔터(shutter)들을 가졌으며 약 50 Hz의 주파수에 도달했다. 상기 엔진은 열을 활용하지도 않으며 펄싱된 폭파 또는 폭발의 마찰을 활용하지도 않는다. 더 최신의 형태는 매우 변경된 "루탄 롱(Rutan Long)"형 EZ와, 미국의 방위 산업의 DARPA Falcon 프로젝트와 관련된 몇몇 실험들이다. 또한, 이 모든 경우들에서 단지 200 Hz의 주파수만이 도달되었으며, 기계적 수단들이 폭발의 주파수를 제어하는 데에 이용된다.
1965년의 Shchelkin의 "연소의 가스 역학(Gas Dynamics of Combustion)" 같은 출판물들 또는 Shchelkin을 참조하는 보다 현대의 출판물들, 예를 들어: University of Texas Arlington Panicker, Philip (2007) "Experimental Investigation of DDT Enhancements by Shchelkin Spirals", 및 University of Texas Arlington Lu, F.K.; Meyers J.M.; Wilson, D.R. (2007), "Experimental study of a pulse detonation rocket with Shchelkin Spiral"로부터, 파면의 역류(backflow)를 감소시키거나 최소화하기 위하여 펄스 폭발 엔진들에서 가스 마찰 또는 드래그(drag)를 증가시키는 수단들이 있음이 알려진다. 그러나, 상기 수단들은 파면을 완전하게 정지시키도록 디자인되지 않으며, 폭발의 펄싱을 제어하기 위한 수단들도 아니다. Philip Panicker의 출판물은 슬라이드 15/27에서 공급을 위한 "3-방향 로터리 밸브(3-way Rotary Valve)"를 보여주며 동일한 페이지의 상기 로터리 밸브 위에 스프링 작동(spring operated) 역류 밸브들을 보여준다. Shchelkin 스파이럴(Shchelkin Spiral)은 폭파 또는 폭발의 파면의 역플로우 내에 위치해야해서, 극도의 네거티브의 가속, 및 폭파 또는 폭발의 파면으로부터 열을 받는다는 사실로 인하여, 매우 짧은 시간 후에 붕괴된다. Philip Panicker의 결과들 및 앞서 말한 출판물에 출간한 그림들에 따르면, 상기 극도의 힘들은 작동 수 초 후에 스파이럴을 파괴한다. Shchelkin 스파이럴은 점화점과 배출구(outlet)의 사이에 놓여서, 폭파 또는 폭발의 파면을 블로킹하는 결과를 가져온다. Shchelkin 스파이럴의 과제는 어떤 경우에도 펄싱 효과를 발생시키거나 폭파들 또는 폭발들로부터 파면들의 역류를 방지하지 않는다는 것이다.
본 발명의 목적은, 열교환기 효율을 증가시키기 위해 쉽게 활용될 수 있는 압력파(pressure wave)들을 형성하도록 제어된 연속적 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 이용함으로써 상당한 고온에서 모든 종류의 연료들의 '준-연속적 연소(quasi continuous burning)'를 가능하게 하는 버너 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 화염의 중단에 의존하며, 열교환기 벽 내로의 열전달을 증가시키기 위하여 화염을 내뿜는(blowing out) 폭파 또는 폭발의 효과들을 이용하는 버너 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이동 파트들 또는 밸브들 없이 동작하는 버너 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 다른 목적들 및 이점들은 설명이 진행되면서 드러날 것이다.
제1 실시예에서 본 발명은 제어된 연속적인 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 생성하도록 고온에서 적어도 2개의 유체 화합물이 반응하게 하는 버너 시스템이다. 상기 펄싱 폭파들 또는 폭발들은 개시된 후, 이는 직접적이고 제어된 적외선 방사의 사용에 의해 유지된다.
본 발명의 버너 시스템은:
a) 예열(preheated)되고 압력 받는 상기 적어도 2개의 유체 화합물을 도입하기 위해 적응된 2개 이상의 유입구;
b) 상기 유입구 각각에 연결되고, 유입되는 상기 화합물이 다른 화합물과 혼합되는 것을 방지하도록 적응된 유입 챔버;
c) 적어도 2개의 상기 유입 챔버로부터 상기 화합물들을 수용하기 위해 제1 말단부가 적응된 길고 작은 지름을 가지는 마찰 채널(friction channel);
d) 상기 마찰 채널을 통해 흐르는 상기 화합물들을 수용하기 위해 유입 말단부에서 상기 마찰 채널의 제2 말단부에 연결되도록 적응된 반응 챔버;
e) 상기 폭파들 또는 폭발들에서 생성되는 생성물들을 상기 반응 챔버로부터 멀리 전도하기 위하여 상기 반응 챔버의 배출면에 연결되도록 적응된 하나 이상의 배출 채널; 및
f) 상기 버너 시스템의 작동을 시작하도록 적응된 점화 시스템을 포함한다.
압축된 상기 화합물들의 압력 및 상기 마찰 채널의 내표면의 표면 특성 및 내부의 단면적은, 상기 마찰 채널을 통한 상기 반응 챔버 내로의 상기 화합물들의 압력 하에서 빠르고 자유로운 순방향 플로우를 가능하게 하고, 파면(wave front)이 상기 마찰 채널을 통해 상기 유입 챔버들 내로 역방향으로 통과하는 것을 방지하도록 상기 반응 챔버에서 일어나는 상기 폭파 또는 폭발의 더 빠른 파면을 위한 높은 가스 마찰을 형성한다. 이러한 방식으로, 상기 마찰 채널은 상기 폭파 또는 폭발의 파면에 대하여 충분히 블록킹(blocking)된다. 이는 상기 반응 챔버 내로의 상기 압축된 화합물들의 플로우의 연속적으로 반복되는 중단을 가져오고, 상기 반응 챔버 내에 압력 하에서 상기 화합물들의 연속적으로 반복되는 펄스들의 빌드업(build-up)을 가능하게 한다. 이는 상기 반응 챔버 내에서 일어나는 연속적인 반복되는 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 가능하게 한다.
상기 반응 챔버의 내부 형상은, 상기 반응 챔버 내로 흐르는 상기 화합물들의 경로 내로, 상기 반응 챔버의 내표면들의 형상에 의해 결정되고 제어된 형태로 열 방사를 반사하고 포커싱하도록 구성된다. 이는 상기 반응 챔버의 내부의 특정 위치에서 상기 화합물들을 점화하기 위해 충분히 고온을 가지는 오버랩되는 적외선 방사의 특정 필드들을 형성하여, 상기 화합물들의 특정 양이 상기 반응 챔버에 도입된 후 폭파 또는 폭발을 개시한다.
본 발명의 버너 시스템의 실시예들에서, 상기 반응 챔버의 내부 형상은 도입면에서 원뿔형이고, 중앙에서는 기본적으로 실린더형이며, 배출면에서는 반구형이다.
버너 시스템의 실시예들은 제1 반응 챔버의 배출 말단부에 끼워 맞춰진 제2 반응 챔버를 포함한다. 상기 제2 반응 챔버는 유입구들 및 마찰 채널들을 통해 적어도 2개의 예열되고 압축된 유체 화합물을 공급한다. 상기 제2 반응 챔버로 유입되는 상기 화합물들이 상기 제1 반응 챔버 내에서의 제1 반응에서 형성되는 고온 가스들의 파면들에 의해 점화되고 폭파 또는 폭발하도록, 상기 제1 반응 챔버 및 상기 제2 반응 챔버는 같이 연결된다.
버너 시스템의 실시예들에서, 상기 반응 챔버들 및 배출 채널들 위에 놓이는 상기 시스템의 외측벽의 적어도 일부는, 상기 반응 챔버 내에서 일어나는 폭파들 또는 폭발들에 의해 형성되는 펄싱 압력파들의 에너지에 의해 가열되는 매체에 의해 둘러싸인 열교환기로 적응된다. 상기 에너지는 상기 파들의 충격에 대하여 상기 반응 챔버의 내측벽들로 상기 열교환기를 통해 상기 매체에 전달된다.
본 발명의 버너 시스템들은 마지막의 상기 반응 챔버의 상기 배출 말단부에 부분적으로 원뿔형 팽창 챔버(expansion chamber)가 설치됨으로써 선형 엔진으로 기능하도록 조정될 수 있다. 상기 팽창 챔버는 채널들을 통해 그 내부로 유체를 공급하는 유입구들이 제공되며, 상기 시스템은, 상기 반응 챔버 또는 상기 반응 챔버들에서 일어나는 폭파들 또는 폭발들의 에너지가 상기 팽창 챔버의 벽들을 가열시키는 데 사용되어 상기 유체가 빠르게 증발하도록 적응된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적어도 하나의 버너 시스템의 적어도 상기 반응 챔버들을 정의하는 벽(wall)들을 포함하는 열교환기이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 연소 반응을 위한 반응 챔버를 정의하는 벽들을 포함하는 열교환기의 효율을 증가시키는 방법이다. 상기 방법은 매우 고온에서 적어도 2개의 압력을 받는 유체 화합물의 제어된 연속적인 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 개시하는 단계 및 유지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법의 실시예들에서, 상기 폭파들 또는 폭발들은 적외선 방사의 사용에 의해 유지된다.
본 발명의 방법의 실시예들에서, 상기 폭파들 또는 폭발들의 주파수는 상기 유체 화합물들의 압력을 조정함으로써 제어된다.
본 발명의 방법의 실시예들에서, 상기 반응 챔버 내의 압력 하의 상기 화합물들의 연속적으로 반복되는 펄스들의 빌드업은, 상기 채널을 통한 상기 반응 챔버 내로의 상기 화합물들의 압력 하의 빠르고, 자유로운 순방향 플로우를 가능하게 하고, 파면이 상기 채널을 통과하지 않도록 상기 반응 챔버에서 일어나는 폭파 또는 폭발의 더 빠른 파면을 위한 높은 가스 마찰을 형성하기 위하여, 상기 화합물들의 압력 및 상기 화합물들이 상기 반응 챔버로 유입되게 하는 채널의 내표면의 표면 특성 및 내부의 단면적을 조정함으로써 가능하다. 이는 상기 반응 챔버 내로의 상기 압축된 화합물들의 순방향 플로우의 연속적으로 반복되는 중단을 가져오며, 이는 상기 폭파 또는 폭발의 파면에 대하여 상기 채널을 충분히 블록킹하여, 상기 반응 챔버 내에서 일어나는 연속적인 반복되는 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 가능하게 한다.
본 발명의 방법의 실시예들에서, 상기 반응 챔버는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 버너 시스템의 구성 요소(component)이다.
본 발명의 방법의 실시예들에서, 상기 반응 챔버는 제2 반응 챔버를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 버너 시스템의 구성 요소이다.
본 발명의 위의 모든 특성들 및 이점들 및 다른 특성들 및 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하는, 이하의 설명적이고 비-제한적인 실시예들의 설명을 통해 더욱 이해될 것이다. 도면들에서 동일한 번호들은 때때로 다른 도면들 내의 동일한 요소들을 지시하기 위하여 사용된다.
도 1은 본 발명의 방법을 실행하기 위해 디자인된 종래 기술의 반응 챔버의 기본 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 반응 챔버의 기본 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 점화 플러그가 하우징된 추가의 챔버를 포함하는 도 2에 도시된 것과 유사한 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 복수의 유입구들, 유입 챔버들, 및 마찰 채널들을 포함하는 반응 챔버의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 폭파 또는 폭발로부터의 충격파가 마찰 채널을 통해 역방향으로 이동할 수 있는 거리가 어떻게 제한되는지 증명하는, 도 4에 도시된 것과 유사한 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 반응 챔버의 말단부들에 형성된 특별한 형상들에 의해 발생하는 효과를 상징적으로 도시한다.
도 7은 반응 챔버가 다수의 작은 배출 채널들을 포함하는 반응 챔버의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 실시예의 배출 채널들을 도시하는 반응 챔버의 개략적인 말단부의 사시도(end view)이다.
도 9는 반응 챔버가 열교환기 내에 설치되는 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 10은 제2 반응 챔버가 이어지는, 첫 번째 또는 제1 반응 챔버를 포함하는 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 11 및 도 12는 도 10에 도시된 실시예가 엔진으로 사용되도록 적응된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한다.
본 발명은 2개 이상의 화합물, 예를 들어 연료와 공기, 사이의 더 높은 반응 온도 도달을 위하여 화합물들은 태우고, 연소시키거나 다른 경우 반응시키기 위한 방법을 다룬다. 그와 동시에, 본 발명은 열에너지 방출에 의해 물, 증기, 또는 다른 물질들을 가열하기 위하여, 버너들 또는 다른 장치들에 연결된 열교환기들 또는 시스템들의 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 주로 증기 생성을 위해 사용되는 열교환기들의 개선에 대한 것이지만, 또한 하나의 매체로부터 다른 매체로 열에너지를 교환하기 위하여 발열 반응들과 관련되어 열교환기들을 사용하는 다른 시스템들에 대한 것이다.
본 발명은, 연속적 플로우 대신 제어된 연속적 펄싱 폭파 또는 폭발을 이용하여 열교환기 효율을 증가시키기 위해 쉽게 활용될 수 있는 펄싱 압력파들을 형성함으로써 상당한 고온에서 유체들의 '준-연속적 연소'를 가능하게 하는 버너 시스템을 제공한다. 본 발명에 의해 얻어지는 것과 같은, 연소 또는 소각의 파동(pulsation)은 펄싱된 폭발들 또는 폭파들에 관련되지 않는다. 연소 또는 소각의 자연적 파동은, 화염이 잇따라 분자 또는 가스 배치(batch)로 진행하는 방식에 의한 결과이다. 본 발명의 시스템은 어떤 이동 파트들 또는 밸브들을 포함하지 않는다는 점에서 본 발명의 버너 시스템은 소위 펄스-폭발-엔진들과도 다르다.
도 1은 US 제5,131,840호 및 US 제6,555,727호에 이미 설명된 버너 시스템의 기본 실시예를 도시한다. 내부 구조를 보여주기 위해 상기 버너의 4분의 1은 길이 방향을 따라 절단되었다. 좌측단은 압력 하에서 화합물들 중 하나, 예를 들어 연료 가스에 대한 유입구(inlet)(1)이다. 유입구(1) 옆은 압력 하에서 제2 화합물, 예를 들어 산화제로서 공기에 대한 다른 유입구(2)이다. 압력하에서 두 화합물들 모두 별개의 유입 챔버들(3, 4) 내로 도입된다. 유입 챔버(4)의 전면에 연결된 주입 니들(4')은 상기 화합물이 채널(5') 내로 직접 인도되게 하고, 상기 채널의 외부에서 상기 화합물들의 혼합이 일어나지 않게 한다. 압력 하의 상기 화합물들은 채널(5')을 통해 흐르고, 상기 화합물들이 소켓(socket)(13') 내에 위치한 점화 플러그(spark plug)에 의해 점화되는 반응 챔버(7')로 들어간다. 압력 하의 상기 화합물들이 반응한 후, 상기 화합물들은 다른 화합물들을 형성하며, 이는 개구단(open end)을 통해 반응 챔버(7')를 떠나 배출 채널(9')을 통해 상기 버너를 탈출한다.
도 2는 본 발명의 버너 시스템의 기본 실시예를 도시한다. 도 1에 도시된 종래 기술의 버너와의 주요 차이점들은 마찰 채널(5)이 채널(5')보다 더 길고 더 작은 지름을 가지며, 반응 챔버(7)는 매우 특정된 형상으로 형성된 폐쇄 구조물이라는 것이다. 특히, 마찰 채널(5)에 연결되는 반응 챔버(7)의 유입면(inlet side)(10)에서, 상기 반응 챔버의 내측벽들은 의도적으로 원뿔형의 내부 형상을 가지며, 반응 챔버(7)가 배출 채널(9)로 연결되는 배출면(11)에서, 반응 챔버(7)의 내부면은 반구형의 형상을 갖는다. 이러한 변화들은 두 화합물들 사이의 반응이, 종래 기술에서와 같이 연속적인 연소가 아닌, 폭파들 또는 폭발들로 일어나게 한다. 또한, 본 발명의 버너 어셈블리(assembly)에서, 배출 채널(9)은 마찰 채널(5)과 유사한 지름을 가지는 얇은 채널이다.
종래 기술과 본 발명의 버너 시스템 사이의 다른 차이점은, 본 발명에서는, 폭파 또는 폭발에 바로 이어서 폭파 또는 폭발의 충격파면이, 증가하는 가스(유체) 마찰이 폭발 또는 폭파의 충격파를 정지시킬 때까지 마찰 채널(5)을 통해 부분적으로 역방향으로 이동한다는 것이다. 이러한 매우 짧은 시간 동안, 유입 챔버들(3, 4)은 "가스 스프링(gas spring)"들로 작용한다. 스프링 효과는 순방향으로 플로우하는 화합물들이 유입 챔버들 내로 힘을 받도록 밀어내는 역류 가스들의 상호작용에 기인한다. 상기 챔버들의 디자인에 더하여, 상기 시스템 내로 공급되는 화합물들의 압력 및 폭파 또는 폭발에 의해 발생하는 역방향 압력은, 화합물들이 상기 반응 챔버 내로 다시 플로우하고 다음 폭파 또는 폭발을 위해 상기 반응 챔버를 채우는 데 걸리는 시간의 양을 결정하며, 즉 폭파들 또는 폭발들 사이의 시간을 정의하여 가능한 주파수들을 정의한다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 그러나, 본 실시예는 버너 작동의 시동 기간(start-up period) 중에 압력 하의 화합물들을 점화하기 위해 점화 플러그(13)가 장착된 추가의 챔버(12)를 포함한다. 점화 챔버(12)는, 압력 하의 화합물들이 챔버(12) 내로도 흐를 수 있고 점화된 화합물들이 반응 챔버(7) 내로 돌아가도록, 채널들(14, 15)에 의해 반응 챔버(7)에 연결된다. 본 배치 또는 등가의 배치는 버너의 작동을 시작하기 위해서 본 발명의 모든 실시예들에서 필요하지만, 그 명료성을 위해 다른 도면들에는 도시되지 않을 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 실시예의 기본적 특징들을 가지는 버너의 실시예를 도시한다. 그러나, 버너의 본 실시예는 복수의 유입구들, 유입 챔버들, 및 마찰 채널들을 포함한다. 도 4에서, 2 세트들의 유입구들(1, 2), 유입 챔버들(3, 4), 및 마찰 채널들이 도시된다. 모든 마찰 채널들은 동일한 반응 챔버(7)에서 종단된다.
도 5는 도 4에 도시된 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 도 5는 어떻게 유입 챔버들(3, 4)의 축들과 마찰 채널들(5) 사이의 각이, 폭발 또는 폭파로부터의 충격파가 마찰 채널들(5)을 통해서, 두 마찰 채널들의 말단부들이 하나의 반응 챔버(7)의 입구에서 오버랩되는 상대적으로 작은 영역(18)으로 역방향으로 이동할 수 있는 거리를 제한하는지 보여준다. 이의 이유는 충격파면이 단지 직선적으로 이동할 수 있다는 것이다. 충격파면은 구부러질 수 없으며, 어떤 곡선 둘레로도 이동할 수 없다.
도 6은 반응 챔버의 말단부들의 특별한 형상들에 의해 발생되는 효과를 상징적으로 도시한다. 검은색 물결 화살표들은 반응 챔버(7)의 내측벽들로부터 반사되는 적외선 방사(radiation)를 나타낸다. 유입면(10)에서 원뿔면은 상기 방사의 순방향 반사를 가져온다. 상기 반응 챔버의 실린더형 원주벽(circumferential wall)(20)은 반응 챔버(7)의 종방향(longitudinal) 대칭축의 방향 및 이에 수직한 방향으로 열을 적외선 방사로 반사한다. 배출면(11)에서 열은 반구형 표면에 의해 종축 상에서 반응 챔버(7) 내의 초점(focal point)으로 반사된다. 압력 하의 화합물들은 마찰 채널(5)을 통해서 집중된 반사된 적외선 방사의 라인을 따라 상기 반응 챔버 내로, 상기 배출구의 반구형의 중심의 초점까지 흐른다. 반사되고 포커싱된 적외선 방사의 결과로, 화합물들은 다음 폭발 또는 폭파가 시작되도록 상기 초점에서 점화된다.
도 7은 도 2의 실시예의 반응 챔버로의 하나의 배출구 및 배출 채널(9)이 각각이 별개의 배출 채널(23)에 연결되는 다수의 작은 배출구들(22)로 대체된 버너 시스템의 실시예를 도시한다.
도 8은 다수의 배출 채널들(23)의 말단부들을 도시하는 도 7에 도시된 실시예의 말단부의 사시도이다.
도 9는 반응 챔버(7)(본 도면의 반응 챔버는 도 10에 대하여 설명될 실시예임을 유의)의 외측면 및 배출 채널들이 열, 예를 들어, 물에 대한 열교환기로서 형성된 본 발명의 실시예를 도시한다. 나사산 유사 구조물(thread like structure)(24)은, 물이 반응 챔버(7)의 외측벽들 및 배출 채널들에 접촉하는 것을 가능하게 하는 "나사산(thread)들" 사이의 간극(gap)들(25) 내로, 버너 어셈블리 및 열교환기가 형성되는 물질 블록(30)의 말단부(31)에 반구형으로 봉인되는 케이스 내에 함유될 물이 흐를 수 있게 한다. 도 9를 보면, 열이 발생되는 전체 반응 구역이 열교환기로 커버되는 열교환기 내에, 본 발명의 버너 시스템을 포함시키는 것이 얼마나 용이한지가 분명해진다.
도 10은 제2 반응 챔버를 가지는 본 발명의 실시예가 도시된다. 유입구들(1, 2)은 제1 반응 챔버(primary reaction chamber)(7) 내로 인도되는 마찰 채널(5)에 공급을 수행한다. 반응 챔버(7)는 앞서 설명한 실시예들 및 기능들에 대하여 동일한 방식으로 디자인된다. 제2 반응 챔버(7')는 제1 반응 챔버(7)의 배출 말단부 상으로 설치되며, 반응 화합물들이 유입구들(1',2') 및 마찰 채널들(5')을 통해 그 내에 공급된다.
도 11 및 도 12는 도 10에 도시된 실시예가 엔진으로서 이용되도록 적응된(adapted) 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한다. 추가의 부분적으로 원뿔형인 챔버(28)가 제2 부분적 반응 챔버(7')의 배출 말단부 상으로 설치된다. 유입구들(30)은 채널들(31)을 통해 챔버(28) 내로 유체, 예를 들어 물을 공급하도록 적응된다.
작동 방법
적어도 2개의 화합물, 예를 들어 연료 가스 및 산소 또는 공기가 개별적으로 압축된다. 상기 화합물들은 버너 시스템의 반응 챔버(7)에서 후에 점화될 수 있도록 개별적으로 예열된다. 상기 화합물들은 분리된 유입구들(1, 2)을 통해 유입 챔버(3, 4)로 지칭되는 챔버 내로 도입된다. 여전히 고압하에 있는 유입 챔버(3, 4)로부터 상기 화합물들은, 본 명세서에서 마찰 채널(5)로 지칭되는, 작은 내경 및 긴 도관(conduit)을 통해 고압으로 힘을 받는다. 마찰 채널(5)은 할로우 파이프이거나 임의의 형상 및 기하 구조의 단면을 가지는 채널이다. 버너 시스템의 제조 방법에 따라, 이는 곡선 및 직선의 튜브, 또는 금속 블록을 통한 곡선 및 직선의 보어(bore)로 형성될 수 있다. 마찰 채널(5)에서, 두 화합물들은 혼합되지만 반응하지 않는다. 상기 화합물들이 마찰 채널(5)을 통과하는 속도는 가능한 조기 반응(premature reaction)을 방지하도록 충분히 높아야한다. 통상적으로 60 미터/초 이상의 유속(flow-rate)은 충분한데, 이는 화염면이 더 빠르게 이동할 수 없어서 어느 지점에서도 마찰 채널(5)을 통해 화염면이 역방향으로 이동할 수 없기 때문이다. 압축된 화합물들의 압력, 기하 구조, 및 특히 마찰 채널(5)의 단면적 및 그 내부면의 특성은, 화합물들이 유입 챔버(3) 내로 역방향으로 통과하는 것을 방지하기 위하여 매우 고속으로 전진하는 파면의 높은 가스 마찰을 이용함으로써, 화염면들이 역방향으로 이동할 수 있도록 하지 않고, 압력 하에서 반응 챔버(7) 내로의 빠른 자유 플로우의 효과들을 최적화하는 적절한 방식으로 선택되어야 한다. 마찰 채널(5)의 배출면에서, 반응 챔버(7)의 내부는 마찰 채널보다 넓은 지름과 상대적으로 짧은 길이를 갖는다. 반응 챔버(7)에서, 혼합물은 점화되고 반응한다. 버너의 보통의 작동 중에 점화는 적외선 방사의 수단에 의해 시작된다. 작동의 초기 및 적외선 방사 점화가 실패하는 경우, 도 3을 참조하여 설명되는 것과 같은 더욱 복잡한 점화 시스템이 이용된다. 화합물들은 예열되고, 압력 하에 놓이며 따라서 빠르게 서로 반응하여 반응 챔버(7) 내의 화합물들의 압력에 의존하는 폭발 속도로 반응 챔버 내에서 폭파 또는 폭발한다. 반응의 중심점으로부터 시작하여 폭파파 또는 폭발파는 외곽으로 퍼진다. 파면의 대부분은 반응 챔버(7)의 원주벽(20)에 부딪칠 것이다. 이는 반응 챔버 내부의 기하 구조 형상에 기인한다. 폭파파 또는 폭발파의 매우 작은 부분은 마찰 채널(5)의 배출구에 충돌하고 유입 챔버(3)로부터 마찰 채널 내로 밀어내어지는 화합물들의 방향에 대향하여 마찰 채널 내로 이동한다. 상술한 바와 같이 마찰 채널(5)의 단면은 반응 챔버(7) 또는 유입 챔버(3)의 단면보다 매우 작다. 마찰 채널(5)의 기하 구조는 압축된 화합물들이 어떠한 상당한 마찰 손실도 없이 그를 통과하여 이동하게 하는 방식으로 형성된다. 그러나, 폭파면 또는 폭발면의 속도는 반응 챔버를 향해 흐르는 화합물들보다 매우 크며, 많은 유체 마찰을 초래하여 폭파면 또는 폭발면이 마찰 채널(5)의 다른 면에 도달할 수 없게 하고 경로에서 정지되게 한다. 마찰 채널에 대하여 곡선 기하 구조를 사용함으로써, 본 효과는 증가될 수 있다.
극도의 고속으로 인하여, 폭파 또는 폭발의 파면은 직선적으로만 이동할 수 있다. 반응 챔버(7)로부터 마찰 채널(5) 내로의 극도로 빠르게 역방향으로 이동하는 것에 의해, 파는 반응 챔버(7)를 향하여 전진하는 마찰 채널(5) 내의 압축된 화합물들의 플로우를 방해한다. 폭파 또는 폭발의 파면이 반응 챔버(7)를 향하는 화합물들의 플로우를 정지시키는 효과가 사라질 때, 마찰 채널(5) 및 반응 챔버(7) 내에 저압 구역이 남으며, 이는 폭파 또는 폭발의 파면은 매우 고밀도를 가지며 이후에 진공과 유사한 저압 구역이 계속되기 때문이다. 폭파 또는 폭발의 파면은 강한 열 및 압력의 필드를 형성한다. 열 및 압력은 파면의 구형 외측면에서 질량(mass)에 속박된다. 다시 말하면: 화합물들의 반응에 의해 형성되는 에너지는 폭파 또는 폭발에 의해 형성되는 가스들의 부피 내에서 균등하게 분포하지 않고, 폭파 또는 폭발의 파면 내에 거의 완전하게 집중된다. 만약 화합물들의 반응에 의해 도달하는 평균 온도가 있다면, 이도 균등하게 분포되지 않을 것이다. 온도는 폭파 또는 폭발의 파면에서 매우 크고, 팽창하는 가스들의 구형 부피 내에 파면 뒤에서 평균 온도보다 낮다. 따라서, 폭파 또는 폭발은 파면에 에너지를 집중시키고 온도를 증가시키는 마이크로-열펌프로서도 기능한다. 본 효과는 반응 챔버(7)의 원주벽들(20)과 파면의 표면 사이에 인위적으로(artificially) 높은 온도 차를 발생시킨다. 따라서, 파면과 벽(20) 사이의 온도 차로 인하여, 열에너지의 상당 부분이 매우 빠르게 반응 챔버(7)의 원주벽(20) 내로 전달된다. 열이 반응 챔버의 벽으로 전달되기 때문에, 이는 화합물들의 화학 반응 중에 형성되는 가스들 내부의 열에너지의 양을 감소시킨다. 따라서, 형성되는 가스들의 부피는, 반응 챔버(7)의 고정된 부피와 동일하며, 일정하게 유지되므로, 폭파 또는 폭발로부터 잔존하는 가스들의 압력은 더욱 감소된다. 압력 감소는 유입 챔버(3)로부터 들어오는 마찰 채널(5) 내의 압축된 화합물들과 반응 챔버(7) 내에 잔존하는 가스들 사이의 압력 차를 가져온다.
형성된 에너지의 상당 부분이 반응 챔버(7)의 외측벽들(20) 내로 전달된 후에 형성되는 저압 부피는, 마찰 채널(5)에서 파면에 의해 정지되었던 새로운 화합물들을 반응 챔버 내로 빨아들인다. 따라서, 펌프(또는 펄스) 메커니즘이 형성된다. 화합물들은 연속적으로 압력 하에서 마찰 채널(5)에 앞서 유입 챔버들(3, 4) 내로 공급된다. 유입 챔버들 내의 가스 부피는 가스-스프링으로 작용하며 폭발들에 의해 계속적으로 압축되고 이후의 저압에 의해 팽창된다.
마찰 채널(5)의 배출구에 대향하는 반응 챔버(7)의 일 측에, 반응 챔버(7)의 배출 채널(9)이 있다. 반응 챔버 내에서 반응에 의해 형성되는 가스들은 반응 챔버(7)를 탈출하는 하나의 탈출구로서 배출 채널(9)을 이용한다. 배출 채널(9)의 기하 구조는 기본적으로 마찰 채널(5)과 유사하게 디자인된다. 배출 채널(9)은, 가스들의 속도를 낮추기 위하여 배출 채널(9) 내에 충분한 가스 마찰 또는 드래그를 형성하도록 길고 좁다. 가스 마찰의 동일한 물리적 효과들에 따라, 상기 디자인은 폭파 또는 폭발의 파면의 고속을 보장할 것이며, 많은 가스 마찰을 발생시켜 가스들이 폭파 또는 폭발 중에 배출 채널(9)을 통해 플로우하지 못하게 할 것이다.
반응 챔버(7)의 개구부들은 모두 작으며 반응 챔버(7)의 밖으로 충격파를 나가게 할 수 없기 때문에, 화학 반응의 에너지의 가장 큰 부분은 반응 챔버(7) 내에 머물러야한다. 따라서 온도 및 압력은 극도로 높은 값들로 증가할 것이다. 인위적인 압력의 증가를 형성하여 폭파 또는 폭발을 증가시키는 거동은 독일어로 "Eigenverd"로 지칭된다. 가장 가깝게 번역하면 "자가-밀봉(self-encapsulation)"이 될 것이다. 이는 폭발 분야에서 사용되는 잘 알려진 현상이다. 폭파 또는 폭발의 충격파의 물리적 특성은 거의 모든 질량을 가지려고 하며, 따라서 퍼지는 파의 중심 구역들에는 질량이 거의 없고 따라서 에너지가 낮으며, 에너지는 파면에 위치한다.
충격파가 마찰 채널(5) 내로 이동할 때, 폭파 또는 폭발로 인하여 매우 높은 속도를 갖는다. 속도의 특정 값은 화합물들이 반응하는 압력, 화합물들의 재료 특성들과 반응 챔버(7)의 정확한 기하 구조 및 크기에 의존한다. 2,000 미터/초 내지 6,000 미터/초의 속도가 가능하며 어려움 없이 도달할 수 있다. 폭파의 순간으로부터 카운팅하여, 충격파면은 구형적으로 모든 방향들로 이동하며, 마찰 채널(5) 내로도 이동한다. 충격파면이 정지되는 때까지의 시간은 극도로 짧다. 만약, 마찰 채널(5)이, 이해를 돕기 위해 예를 들어, 100 mm의 길이를 가지고, 반응 채널(7)이 30 mm의 길이를 가지며, 폭파의 속도가 상대적으로 낮은 1,900 미터/초라면, 파면이 마찰 채널(5) 내의 정지점에 도달하는 데까지 약 0.000,052,6초 걸리며, 가스 마찰의 빌트업(built-up)으로 인해 너무 많은 에너지를 잃어 더 진행할 수 없게 된다. 드래그, 또는 가스 또는 유체 마찰 외에, 마찰 채널(5)의 벽들과의 열교환으로 인한 에너지 손실도 파면을 상당히 느려지게 한다. 파면은 고밀도 질량, 고압, 및 고온을 갖는다. 반응 챔버로 향하는 예열되고 압력을 받은 화합물들의 플로우에 의해 충격파면의 온도에 비하여 상대적으로 냉각된, 마찰 채널(5)의 벽들과의 접촉의 결과로, 파면의 매우 고온의 질량은 냉각되어, 에너지를 잃고, 부피, 압력 및 속도가 감소된다. 마찰 채널(5) 내의 정지점에서 파면은 매우 냉각되어, 대향하는 방향에서 들어오는 압력 받고 예열된 화합물들을 점화시키지 못한다. 실제로, 얼마의 마찰 채널의 길이 및 지름이 개별 제품들에 대해 가장 적합한지 결정하는 데에 시행착오가 이용될 것이다.
파면이 정지한 후, 유입 챔버들(3, 4)의 측면으로부터 힘을 받는 압력 하의 혼합된 화합물들은, 특정 화염 전파 속도 또는 현재의 압력에서 화합물들 혼합물의 화염면의 속도보다 적어도 빠르게, 상기 예에서 60 미터/초의 상대적으로 낮은 속도로, 플로우를 계속하며, 반응 챔버(7)의 중심에 도착하는 데까지 0.001,639초보다 적게 걸린다. 이는 새로운 반응이 시작할 수 있기 전에 공정의 중단 기간(interruption)이 최대 약 0.001,692초라는 것을 의미한다. 이는 상술한 바와 같이 공정이 600 Hz 이상의 주파수로 반복되는 것을 가능하게 한다. 1 kHz 이상의 주파수에서, 마찰 채널(5) 내에 흐르는 가스들의 속도는, 주어진 예에서, 100 mm 거리에 대하여 100 미터/초 이상이어야 한다. 만약 마찰 채널(5)의 지름이 감소하면, 파면에 의해 형성되는 가스 마찰은 지수적으로 증가할 것이다. 따라서 파면이 마찰 채널(5) 내로 이동할 수 있는 거리도 지수적으로 감소하며 파면이 마찰 채널(5) 내에서 도달할 수 있는 진로(way)도 감소한다. 만약 상기 예에서 사용되는 숫자들과 동일한 숫자에서 마찰 채널(5)의 지름이 약 0.1 mm만큼 감소한다면, 마찰은 두 배가 되고, 파면이 마찰 채널(5) 내로 역방향으로 이동할 수 있는 길이는 거의 반이 될 것이다. 따라서, 610 Hz의 주파수는 1,230 Hz = 1,2 kHz (Kilo-Hertz)로 증가할 것이다.
파면이 마찰 채널(5) 내로 역방향으로 더 이동하는 것을 멈춘 후, 압축된 화합물들은 다시 마찰 채널(5)을 통해 가해지고 반응 챔버(7)에 도달한다. 반응이 반복되도록 하기 위하여, 화합물들은 각각의 시간에 동일한 속도로, 즉, 유입되는 화합물들이 반응 챔버의 말단부에 도달한 후에, 점화되는 것이 요구된다. 화합물들은 압력 하에 있기 때문에, 점화 온도는 저압의 동일한 화합물들에 대해서보다 높다. 압축된 화합물들은, 마찰 채널이 반응 챔버 내로 오픈되는 입구(6)가 아니라 반응 챔버(7)의 거의 중앙에 도달할 때 점화되어야 하며, 그렇지 않으면 작은 질량의 반응할 수 있는 화합물들만이 있게 될 것이다. 따라서, 점화 시점은 정확하여야 한다. 만약, 상기 예에서 나타난 바와 같이, 하나의 단일 사이클의 시간이 약 0.001,692초라면, 점화는 상기 시간의 작은 부분인 정확성 내에 있어야 한다. 현재의 전자 또는 기계 장치들로 일 ms(millisecond) 이하의 정확성을 얻는 것은 거의 불가능하다. 따라서 본 발명은 정밀 점화를 위하여 공정의 적외선 방사를 이용한다.
반응 챔버(7)의 도입부는 마찰 채널(5)의 말단부에 있다. 마찰 채널(5)에서, 압축된 예열된 화합물들은 반응 챔버(7)를 향하여 빠르게 흐른다. 반응 챔버(7)에서 단면이 넓어지고, 화합물들이 반응하며, 반응 후 배출 개구부(9)를 통해 흘러나간다. 반응 챔버(7)의 단면은 마찰 채널(5)의 단면 및 배출구(9)의 단면보다 크다. 마찰 채널(5)이 종단되는 반응 챔버(7)의 유입면(10)에서 반응 챔버가 시작되며(6) 단면은 작은 지름에서 큰 지름으로 변화되어야 한다. 지름의 확장은 원뿔형으로 잘 구현된다. 처음의 몇몇 반응들 후, 반응 챔버(7)의 벽들(20)은 따뜻해지고 다음으로 고온이 될 것이다. 화합물들의 폭파 또는 폭발로 인하여, 벽들(20)에 도달하는 에너지의 양은 동일한 화합물들의 통상의 연소에서보다 훨씬 크다. 따라서 벽들(20)은, 만약 동일한 화합물들이 단지 연소한 경우 그들이 가질 온도보다, 더 고온이 될 것이다. 따라서 통상의 연소 중인 경우보다 더 많은 적외선을 방사할 것이다. 도입 구역(6)의 원뿔형 형상은, 축에 대한 원뿔면들의 각도에 따라, 반응 챔버(7)의 중앙 또는 중심을 향하여 반응 챔버(7)의 도입부로터 떨어진 적외선 방사의 순방향 반사를 가져온다. 따라서 적외선 방사는 자연적으로 포커싱된 적외선 방사의 구역을 형성한다. 광학의 물리적 법칙들이 적용되며, 형상화된 거울들로부터 반사될 때 적외선 파들은 가시광선 파들과 정확히 동일하게 거동한다. 그러나, 가장 중요한 차이는 열 생성이 중단된 후에도 얼마 동안 적외선 방사가 계속된다는 점이다. 반사를 위한 광원이 스위치 오프될 때, 거울로부터의 가시광선의 반사는 거의 즉시 정지될 것이다(광선이 이동하기 위해 필요한 시간으로 인하여 정확히 같은 순간은 아님). 적외선 방사는 반응이 중단되거나 종료된 때에도 계속 방사될 것이다. 파면이 마찰 채널(5) 내로 역방향으로 밀어내서 플로우 및 추가 반응을 중단시킨 후 계속 방사하는 것에 의하여, 적외선 방사는 반사되고 포커싱되며, 파면이 마찰 채널(5) 내에서 에너지를 소모하고 새로운 화합물들이 반응 챔버(7)에 도달한 후에 이어지는 가스들을 점화시킬 수 있게 된다. 상기 예에서: 적외선 방사는 저속에서 0.001,692초, 및 마찰 채널(5) 내의 가스들의 더 높은 속도에서 0.000,846초 이하의 시간 간극을 연결하여야 한다. 이는 1 ms보다 작다. 반응 챔버(7)의 중심선을 따라 열의 종축 필드를 형성하기 위하여 적외선 방사를 포커싱하도록 반응 챔버(7)의 원주벽들(20)을 디자인하는 것이 바람직하다. 따라서, 반응 챔버(7)로 도입된 예열된 압축된 화합물들은 반응 챔버(7) 내로 흐르는 동안 중앙에서 더 많은 열을 받는다. 포커싱된 적외선 방사의 필드의 말단에서 반응 챔버(7)의 배출구(11)의 배출면으로부터 반사되는 열이 더해진다.
반응 챔버(7)는 반응 챔버(7)보다 작은 단면적을 가지는 배출구(9) 채널에 연결된다. 따라서, 반응 챔버(7)의 배출 말단부(11)에서 단면적이 감소된다. 만약 배출구(9)에서의 단면적의 감소가 반구형으로 형상화된다면, 반사되는 적외선 방사에 대하여 초점 또는 초점 구역을 형성할 것이다. 원뿔형 유입면(10) 및 반구형 배출면(11)을 가지는 반응 챔버(7)를 디자인함으로써, 반사된 적외선 방사의 농도가 가장 큰 초점에서 종단되는 반응 챔버(7)의 중심선을 따라 포커싱된 적외선 방사의 종방향 필드가 놓인다. 초점은 점화점이다. 점화는 반응 챔버(7)의 중심에서 일어나기 때문에, 반응면은 균등하게 외측으로 이동하며, 폭파파 또는 폭발파는 포커싱된 반사된 적외선 방사의 선 상에 시작점 또는 중심점을 갖는다.
폭파 또는 폭발을 재-점화하기 위해 의도적으로 반사된 적외선 방사의 효과를 이용함으로써, 압축된 화합물들은 점화되어, 반응 챔버(7) 내의 선택된 지점에서 반응한다. 따라서 고주파수를 가지는 펄싱 반응을 형성하는 것이 가능하다. 반응 챔버(7) 내에 적외선 방사를 반사하기 위한 반구형의 배출면(11) 및 원뿔형 유입면(10)을 갖는 디자인은, 폭파 또는 폭발을 점화시키기 위해 적외선 반사를 이용하는 아이디어의 단지 하나의 가능한 실현이다. 적외선 방사에 의한 점화의 정확한 타이밍은 마찰 채널을 통해 포커싱되는 화합물들의 속도, 마찰 채널(5)의 기하 구조 및 길이를 변화시킴으로써 용이하게 조정할 수 있다. 화합물들의 더 높은 압력은 마찰 채널(5) 내의 더 높은 유속 및 반응 챔버(7) 내부에서 더 짧은 반응 시간을 가져올 것이다. 따라서 마찰 채널(5)을 통해 반응 챔버(7) 내로 흐르는 압력 받는 화합물들의 압력을 증가시키거나 감소시킴으로써, 정확한 주파수가 조정될 수 있다. 적외선 방사의 초점이 더 큰 충진 용량(filling volume)들을 가능하게 하는 지점에 있도록, 예를 들어 다른 각도들의 원뿔형 도입부 및 말단부(10)를 갖는, 반응 챔버(7)를 형상화하는 것도 가능하다.
버너 어셈블리 작동의 처음 수 초 동안, 포커싱된 적외선 방사 반사는 점화에 이용될 수 없는데, 이는 반응 챔버(7)의 벽들이, 반응 챔버(7) 내로 역방향으로 방사되는, 점화를 위한 충분한 적외선 방사를 형성하도록 아직 충분히 가열되지 않기 때문이다. 반응 챔버(7)의 원주벽(20)에 장착되는 통상의 점화 플러그(13)는, 적외선 방사가 펄싱 혼합물을 재점화할 수 있기 전에, 초기에 예열된 압축된 화합물들을 점화하기에 충분할 수 있다. 그러나, 만약 점화 플러그(13)가 반응 챔버(7)의 원주벽(20) 위치한다면, 표면의 이러한 부분은 열교환에 사용될 수 없으며 적외선 방사 반사에도 사용될 수 없다. 폭파 또는 폭발의 파면의 높은 온도로 인하여, 반응 챔버(7)의 벽에 위치하는 점화 플러그(13) 또는 유사 장치는 쉽게 손상되거나 파괴될 수 있다. 따라서, 향상된 디자인은, 챔버(12)로부터 반응 챔버(7) 내로 인도하는, 하나 이상의 작은 채널들(14, 15)을 가지는 작은 점화 챔버(12)를 형성하는 것이다. 따라서, 점화는 반응 챔버(7)의 외측면에서 있을 수 있으며 생성되는 모든 열은 구현되고 사용될 수 있다.
반복되는 폭파들은 반응 챔버(7)의 벽들(20) 내로, 동일한 화합물들의 소각 또는 연소에서 가능할 수 있는 것보다 많은 양의 에너지의 전달을 가능하게 한다. 대류에 의한 열전달에 대한 현대 물리적 설명들을 고려하면, 폭파들 또는 폭발들이 매우 밀도 높은 폭파 또는 폭발의 파면을 가지는 파들을 형성한다는 것이 분명하다. 파면이 벽들에 부딪치게 함으로써, 어떤 종류의 경계층들 또는 국부적 흐름 또는 소용돌이(eddy)들이 극복되며, 파는 직접적으로 반응 챔버(7) 자체의 벽들(20)에 의해서만 정지된다. 상기 파들이 반응 챔버(7)의 벽들(20)에 부딪칠 때, 고온의 반응으로부터 직접적으로 열만을 전달하는 것이 아니라, 폭파 또는 폭발의 거의 모든 질량을 포함하는 파면의 질량으로 벽(20)에 충격을 가함으로써 열 형태의 에너지를 형성한다. 극도로 빠른 가스들의 질량의 네거티브 가속은 폭파파 또는 폭발파를 정지시키는 반응 챔버(7)의 벽들(20)의 표면 상에서 직접 열로 변화된다.
만약 반응 챔버(7)의 외측벽들(20)이 또한 열교환기의 내측벽들이라면, 버너-열교환기 시스템은 매우 높은 효율 또는 물리적으로 가장 큰 가능 열교환 속도를 가질 것이다.
이의 적절성(relevance)은 상대적으로 저에너지 함량을 가지는 화합물들에 있어 매우 중요하다. 본 발명이 사용될 때, 저에너지 함량 화합물들도 고온에 도달할 수 있다. 예를 들어: 통상의 고에너지 연료들에 비할만한 경제적 효율에 도달하기 위해 일산화탄소가 연료로서 사용될 수도 있다. 본 발명은 최종-온도(end-temperature) 및 열교환기 효율이 버너 시스템 내로 공급되는 압축된 화합물들의 압력에 의해 제어되도록 하는 방법에 열-펌프 효과를 통합한다.
증기 또는 고온의 물 또는 다른 형태의 열전달 매체를 생성하는 데 이용되는 저에너지 함량을 가지는 화합물들의 경우, 보통의 버너에서 통상의 대기 연소로 얻을 수 있는 온도는 고에너지 연료보다 매우 낮다. 만약, 예를 들어 일산화탄소가 공기와 함께 저에너지 함유 연료로 사용된다면, 보통의 대기 버너를 사용한 결과는 낮은 열에너지(MJ/kg 단위) 생성뿐 아니라 낮은 온도(K 단위)이다. 버너 또는 반응 챔버의 내부에서 일산화탄소와 공기의 화학 반응 중에 형성되는 고온 가스들과 열교환기의 벽들의 다른 면 상의 물 또는 증기 사이의 온도차는 동일한 상황에서 고에너지 연료인 경우의 온도차보다 매우 작기 때문에, 낮은 온도는 활용하기 어렵다. 본 명세서에서 제공되는 발명으로, 저에너지 함량 연료를 사용하고, 증기, 고온의 물, 또는 다른 형태의 열전달 매체를 생성하는 데 있어 동일하거나 향상된 결과를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 버너 시스템이 열교환기와 연결되어 사용되는 경우, 재료의 한 부분(piece) 내에 유입 챔버들(3, 4), 마찰 채널(5), 반응 챔버(7), 및 배출 채널(9)을 형성하고, 열교환기(24)의 벽들로서 상기 재료의 외측면을 사용하기 위해, 열 전도성 물질, 예를 들어 금속의 하나의 부분을 이용하는 큰 이점이 있다. 반응 챔버(7)는 열교환기의 내부로 구성될 것이며, 외측면들은 가열될 매체로 둘러싸일 것이다.
열교환기와 함께 이용하기 위하여, 도 2와 관련하여 설명한 단순한 개구부보다 이점이 많은 반응 챔버(7)로부터의 배출구를 형성하기 위한 방법은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 거의 평행하게 연장되고 반응 챔버를 빠져나가는 가스들의 표면을 증가시키는 복수의 개구부들(22)로부터 이를 형성하는 것이다. 따라서, 열교환기 매체를 가열시키기 위해 유출되는(outgoing) 가스들을 이용하는 것도 가능할 것이다.
유입 챔버들(3, 4)에 들어가기 전에 화합물들을 예열하기 위해 배출 채널들(9, 23)의 말단에 추가의 열교환기 스텝(step)들을 추가하는 것은 전술한 논리적 연장이 될 것이다. 만약, 예를 들어 가스가 연료로서 사용되고, 상기 가스는 압력 하에서 저장되는 경우, 상기 가스는 보통 저온이며 유출되는 소모된 가스들로부터 열을 흡수할 수 있어, 시스템 내에 더 많은 에너지를 보관하고 시스템의 효율을 더욱 증가시킬 것이다. 배출 채널을 통해 통과하기 위해 반응 후에 충분한 압력이 남는 방식으로, 압축된 화합물들의 압력이 선택된다면, 유출되는 가스들은 드래그 또는 가스 마찰에 의해 저항을 극복할 수 있을 것이다.
마찰 채널(5) 및 반응 챔버(7)는 상대적으로 작다. 버너의 용량을 증가시키기 위해, 더 많은 동일한 크기의 반응 챔버들 및 마찰 채널들(17)을 추가하는 것이, 마찰 채널(5)의 지름을 증가시키는 것보다 바람직하며, 이는 유속, 압력, 및 가스-마찰의 조합의 효과들이 변화되고, 본 발명에서 얻어지는 효과들을 잃을 수 있기 때문이다. 또한, 표면적 대 함량 사이의 비율은 시프트되고 마찰 채널들 또는 반응 챔버의 단면적들의 선형적 증가에 지수적으로 감소할 것이다. 마찰 채널들 또는 반응 챔버의 치수들을 증가시키는 대신, 예를 들어, 종축들에 수직한 단면에서 버너 시스템이 원형 또는 타원형의 원주 주위에 위치되도록, 서로 인접하거나, 위에 또는 주위에 평행하게 다수의 버너 시스템들을 배열하는 것이 바람직하다. 상기 방식에서, 모든 버너 시스템들은 정렬되고 동일한 배기구(exhaust port)로 종단될 것이다.
장치의 용량을 증가시키기 위한 다른 방법은 반응 챔버의 말단에 하나 이상의 추가의 버너 스테이지(stage)들을 통합시키는 것이다. 도 10은 이러한 실시예를 개략적으로 도시한다. 유입구들(1, 2) 은 제1 반응 챔버(7) 내로 인도되는 마찰 채널(5)에 공급을 수행한다. 반응 챔버(7)는 앞서 설명한 실시예들 및 기능들에 대하여 동일한 방식으로 디자인된다. 제2 반응 챔버(7')는 제1 반응 챔버(7)의 배출 말단부 상으로 설치되며, 반응 화합물들이 유입구들(1',2') 및 마찰 채널들(5')을 통해 그 내에 공급된다. 제2 반응 챔버(7')로 들어간 예열되고 압축된 화합물들은 제1 반응 챔버(7) 내에서의 제1 반응에서 형성된 고온 가스들의 파면들에 의해 점화되고 제1 폭파 또는 폭발 후에 폭파 또는 폭발한다.
제2 반응 챔버(7')는 제1 반응 챔버(7)와 여러 가지 방식에서 다르다. 제1 반응 챔버(7) 내에서의 반응은 정확한 시간에 정확한 위치에서의 점화를 위한 적외선 방사에 의존한다. 따라서, 제1 반응 챔버(7)에서의 제1 반응을 위해, 예열되고 압축된 화합물들이 점화를 위해 반사된 적외선 방사를 통해 플로우하도록 마찰 채널(5)이 위치되고 배향되어야 한다. 사실상 이는 반응 챔버의 중앙에서 대칭축을 따른 가스 플로우로 이루는 것이 가장 쉽다. 마찰 채널(5)은 예열되고 압축된 화합물들을 점화를 위해 반사된 적외선 방사의 필드 내로 주입하도록 상기 축을 따라 배열되기 때문에, 이후의 제1 반응의 폭파 또는 폭발은 마찰 채널(5) 내로 역방향으로 진행하는 파면을 형성할 수 있다. 제2 반응 챔버(7')에서의 제2 반응은 제1 반응 챔버(7)에서 나와 제2 반응 챔버(7') 내로 이동하는 팽창하는 제1 반응의 파면에 의해 점화된다. 만약, 예를 들어, 제1 반응 챔버(7)가 20 mm의 지름과 30 mm의 길이를 갖는다면, 상술한 예에서의 1,900 미터/초의 상대적으로 낮은 속도를 가지는 파면은 점화하고, 제1 반응 후 0.000,01초 또는 0.01 ms 후에 제2 반응이 시작될 것이다. 본 예에서, 선택된 속도는 매우 낮다. 상기 속도는 쉽게 더 높아질 수 있다. 이 경우, 제1 반응과 제2 반응 사이의 시간차는 0.01 ms보다 훨씬 짧아질 것이다. 제2 부분 반응 챔버(7') 스텝으로 인도되는 마찰 채널들(5')은 제2 반응의 폭파 또는 폭발의 중심으로부터 떨어져서 위치할 수 있다. 이러한 방식에서, 제2 반응을 위해 예열되고 압축된 화합물들은 그들의 점화점에 대한 각도로 제2 반응 챔버(7')에 도입될 것이다. 따라서, 제2 반응에 의해 형성되는 파면은 마찰 채널(5') 또는 채널들 내로 깊게 들어갈 수 없다. 따라서 제2 반응 챔버(7')로 도입되는 마찰 채널들(5')은 제1 반응 챔버(7)로 도입되는 마찰 채널(5)보다 짧게 유지될 수 있으며 더 큰 지름을 가질 수 있다. 따라서 더 많은 양의 화합물들이 제1 반응 챔버(7)의 중심 마찰 채널(5)을 통해서보다 제2 반응 챔버(7')의 마찰 채널들(5')을 통해 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 제1 반응 챔버(7)에서 예를 들어, 잘 정의된 '표준' 연료를 이용하여 일어나는 제1 반응은, 제2 반응 챔버(7')에서 다양한 특성들 또는 조성들을 갖는 화합물들 사이의 제2 반응을 점화시키기 위한 "파일럿 화염(pilot flame)"으로 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 2개 이상의 스테이지들을 포함하거나 몇몇의 멀티-스테이지 반응 챔버들을 열들로, 원형으로, 또는 다른 형태들로 결합한다. 버너 장치의 디자인 선택은 제품에 의존된다. 만약 예를 들어 저에너지 함량을 가지는 비-표준 연료가 증기를 생성하기 위해 사용되어야한다면, "파일럿 라이트(pilot light)"로서 표준 연료를 사용하는 제1 반응 및 저에너지 함량을 가지는 비 표준 연료에 대한 제2 스테이지를 가지는 상대적으로 단순한 2-스테이지 버너 장치가, 증기가 형성되는 열교환기에 대하여 가장 큰 표면적 대 반응 챔버 부피의 비와 안전한 동작이 결합된, 가장 좋은 결과를 가져올 것이다.
버너 시스템을 디자인하는 데에 있어, 주파수와 열교환 속도 사이의 관련성이 고려되어야 한다. 많은 작은 폭파들 또는 폭발들은 단일의 큰 폭파 또는 폭발보다 높은 열전달을 가져올 것이다. 하나의 단일 폭파에서 질량이 작아질수록, 벽면의 질량 대 폭파 또는 폭발의 파면의 표면의 질량의 비는 더 커져서, 열교환 효율이 증가한다. 폭파 또는 폭발 당 작은 질량으로 파면에 위치하는 모든 질량은 열교환기의 고체면에 부딪치며, 고체면에 도달하지 않을 파면의 "제2 열(second row)"은 없을 것이다. 물론, 폭파 또는 폭발의 너무 작은 질량은 열전달 효율을 더이상 증가시키지 않는다는 한계들도 있다.
도 11 및 도 12는 도 10에 도시된 실시예가 선형 엔진으로 사용되도록 적응된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한다. 본 실시예에서 추가의 부분적 원뿔형 팽창 챔버(28)는 제2 부분 반응 챔버(7')의 배출 말단부 상에 설치된다. 유입구들(27)은 채널들(29)을 통해 챔버(28) 내로 유체, 예를 들어 물을 공급하도록 조정된다. 상술한 실시예들에서와 같은 비유동적인(stationary) 열교환기가 아닌, 추진(propulsion)이 본 실시예의 주목적이다. 본 실시예에서, 반응 챔버(7) 및 반응 챔버(7')에서 일어나는 제1 및 제2 반응들의 에너지는, 챔버(28) 벽들을 가열하는 데에 사용되어, 챔버(28)로 도입되는 물 또는 유사한 화합물들 또는 유체의 혼합물들을 빠르게 증발시킨다. 물의 예의 경우 1,600 이상의 인자(factor)만큼 배출 증기의 결과적인 부피가 증가된다. 본 실시예에서 배출 채널(또는 배출 채널들)은 제1 및 제2 반응 챔버들로부터의 반응 생성물들 및 팽창 챔버(28)에서 생성되는 가스 또는 증기의 결합된 부피들이 탈출하는 것을 가능하게 하기 위해 충분히 커야한다.
발명자는 본 명세서에 설명된 실시예들에 대한 많은 변형들을 고려함을 유의할 것이다. 예를 들어, 3개 이상의 화합물들이 반응 챔버들(7,7') 내로 도입되도록 2개 이상의 유입구들(1, 2) 및 유입 챔버들(3, 4)이 제공될 수 있으며 하나 이상의 유형의 화합물이 유입구들(27)을 통해 팽창 챔버(28) 내로 도입될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 설명의 방식으로 기술되었지만, 본 발명은 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 많은 변형들, 변경들, 및 적응들과 함께 수행될 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (14)

  1. 펄싱 폭파들 또는 폭발들의 제어된 연속적인 시퀀스를 생성하도록 적어도 2개의 압력 받은 유체 화합물이 반응하는 반응 챔버를 포함하는 버너 시스템으로서,
    상기 폭파 또는 폭발 각각에는 반응이 일어나지 않는 인터벌(interval)이 이어지며,
    a) 상기 버너 시스템의 구성 요소들은, 상기 폭파 또는 폭발 각각이 개시된 후:
    ⅰ) 상기 폭파 또는 폭발에 의해 형성되는 충격파(shock wave) 내의 에너지의 작은 부분이 상기 반응 챔버 내로의 상기 적어도 2개의 유체 화합물의 플로우를 일시적으로 블록킹하여, 상기 인터벌을 형성하고;
    ⅱ) 상기 충격파의 상기 에너지의 나머지는 상기 반응 챔버의 내벽들에 부딪쳐서 상기 내벽들이 적외선 방사를 방출하게 하도록;
    형상들 및 치수(dimension)들을 가지며,
    b) 상기 반응 챔버의 상기 내벽들은, 상기 적외선 방사가, 상기 인터벌의 마지막에 상기 반응 챔버 내로 흐르고 상기 반응 챔버를 채우는 상기 적어도 2개의 유체 화합물의 후속의 폭파 또는 폭발을 개시하는 상기 반응 챔버 내의 지점으로, 상기 적외선 방사가 향하고 상기 지점에서 포커싱되도록, 형상들 및 치수들을 가지는
    버너 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    a) 예열(preheated)되고 압력을 받는 상기 적어도 2개의 유체 화합물들을 도입하기 위해 적응된 2개 이상의 유입구;
    b) 상기 유입구 각각에 연결되고, 유입되는 상기 화합물이 다른 화합물과 혼합되는 것을 방지하도록 적응된 유입 챔버;
    c) 적어도 2개의 상기 유입 챔버로부터 상기 화합물들을 수용하기 위해 제1 말단부가 적응된 길고 작은 지름을 가지는 마찰 채널(friction channel);
    d) 상기 마찰 채널을 통해 흐르는 상기 화합물들을 수용하기 위해 유입 말단부에서 상기 마찰 채널의 제2 말단부에 연결되도록 적응된 반응 챔버;
    e) 상기 폭파들 또는 폭발들에서 생성되는 생성물들을 상기 반응 챔버로부터 멀리 전도하기 위하여 상기 반응 챔버의 배출면에 연결되도록 적응된 하나 이상의 배출 채널; 및
    f) 상기 버너 시스템의 작동을 시작하도록 적응된 점화 시스템을 포함하는
    버너 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    압축된 상기 화합물들의 압력 및 상기 마찰 채널의 내표면의 표면 특성 및 내부의 단면적은,
    상기 마찰 채널을 통한 상기 반응 챔버 내로의 상기 화합물들의 압력 하에서 빠르고 자유로운 순방향 플로우를 가능하게 하고, 파면(wave front)이 상기 마찰 채널을 통해 상기 유입 챔버들 내로 역방향으로 통과하는 것을 방지하도록 상기 반응 챔버에서 일어나는 폭파 또는 폭발의 더 빠른 파면을 위한 충분히 높은 가스 마찰을 형성하여;
    상기 폭파 또는 폭발의 파면에 대하여 상기 마찰 채널을 충분히 블록킹(blocking)하고;
    상기 반응 챔버 내로의 상기 압축된 화합물들의 플로우의 연속적으로 반복되는 중단을 가져와서, 상기 반응 챔버 내에서 일어나는 연속적인 반복되는 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 가능하게 하는, 상기 반응 챔버 내에 압력 하의 상기 화합물들의 연속적으로 반복되는 펄스들을 빌드업(build-up)하게 하도록 적응되는
    버너 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 내부 형상은,
    상기 반응 챔버 내로 흐르는 상기 화합물들의 경로 내를 포함하는 특정 위치들에, 상기 반응 챔버의 내표면들의 형상에 의해 결정되고 제어된 형태로 열 방사를 반사하고 포커싱하도록 구성되어,
    상기 반응 챔버의 내부의 특정 위치에서 상기 화합물들을 가열하고 결국 상기 화합물들을 점화하기 위해 충분히 고온에 도달하는 오버랩되는 적외선 방사의 특정 필드들을 형성하고, 상기 화합물들의 특정 양이 상기 반응 챔버에 도입된 후 폭파 또는 폭발을 개시하는
    버너 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 내부 형상은 도입면에서 원뿔형이고, 중앙에서는 기본적으로 실린더형이며, 배출면에서는 반구형인
    버너 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 반응 챔버의 배출 말단부에 설치된 제2 반응 챔버를 포함하고,
    상기 제2 반응 챔버는 유입구들 및 마찰 채널들을 통해 적어도 2개의 예열되고 압축된 유체 화합물을 공급하며,
    상기 제2 반응 챔버로 유입되는 상기 화합물들이, 상기 제1 반응 챔버 내에서의 제1 반응에서 형성되는 고온 가스들의 파면들에 의해 점화되고 폭파 또는 폭발하도록, 상기 제1 반응 챔버 및 상기 제2 반응 챔버는 같이 연결되는
    버너 시스템.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 반응 챔버들 및 배출 채널들에 대한 상기 시스템의 외측벽의 적어도 일부는, 상기 반응 챔버 내에서 일어나는 상기 폭파들 또는 폭발들에 의해 형성되는 펄싱 압력파들의 에너지에 의해 가열되는 매체에 의해 둘러싸이거나 접촉하는 열교환기로 적응되며, 상기 에너지는 상기 파들의 충격(impact)에 대하여 상기 반응 챔버의 내측벽들로 상기 열교환기를 통해 상기 매체에 전달되는
    버너 시스템.
  8. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    마지막의 상기 반응 챔버의 상기 배출 말단부에 부분적으로 원뿔형 팽창 챔버(expansion chamber)를 설치함으로써 선형 엔진으로 기능하고;
    상기 팽창 챔버는 채널들을 통해 그 내부로 유체를 공급하는 유입구들이 제공되며, 상기 시스템은, 상기 반응 챔버 또는 상기 반응 챔버들에서 일어나는 상기 폭파들 또는 폭발들의 에너지가 상기 팽창 챔버의 벽들을 가열시키는 데 사용되어 상기 유체가 빠르게 증발하도록 적응된
    버너 시스템.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 버너 시스템의 적어도 상기 반응 챔버들의 외벽들을 정의하는 내벽(interior wall)들을 포함하는
    열교환기.
  10. 열교환기의 효율을 증가시키는 방법으로서,
    a) 상기 열교환기의 내벽 및 반응 챔버의 외벽으로 기능하는 상기 반응 챔버와 공용의 벽(wall)을 가지도록, 상기 열교환기를 적응시키는 단계;
    b) 상기 반응 챔버 내로 적어도 2개의 압력 받은 유체 화합물의 플로우를 형성하는 단계;
    c) 반응이 일어나지 않는 인터벌이 각각 이어지는 펄싱 폭파들 또는 폭발들의 제어된 연속적인 시퀀스를 생성하도록 상기 유체 화합물들 사이의 반응을 개시하는 단계; 및
    d) 상기 폭파들 또는 폭발들에 의해 발생하는 충격파의 파면이 전파되고 상기 반응 챔버의 상기 내벽들에 충격을 가할 지점에서 상기 폭파들 또는 폭발들이 일어나게 함으로써, 열 교환 공정의 성능을 감소시키는 경계층(boundary layer)들의 형성을 방지하는 단계를 포함하여,
    상기 폭파들 또는 폭발들로부터 직접적으로 형성되는 열, 및 상기 반응 챔버로부터 상기 열교환기로 그 사이의 상기 공용 벽을 통해 전달되도록 상기 내벽들에 충격을 가하는 것에 대하여 상기 파면들의 네거티브 가속으로부터 초래되는 운동 에너지에 의해 발생하는 열, 모두를 가능하게 하는
    열교환기의 효율을 증가시키는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폭파들 또는 폭발들은 적외선 방사의 사용에 의해 유지되는
    열교환기의 효율을 증가시키는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 폭파들 또는 폭발들의 주파수는 상기 유체 화합물들의 압력을 조정함으로써 제어되는
    열교환기의 효율을 증가시키는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 반응 챔버 내의 압력 하의 상기 화합물들의 연속적으로 반복되는 펄스들의 빌드업은,
    순방향으로 채널을 통한 상기 반응 챔버 내로의 상기 화합물들의 압력 하의 빠르고, 자유로운 순방향 플로우를 가능하게 하고, 상기 반응 챔버에서 일어나는 폭파 또는 폭발의 더 빠른 파면이 상기 채널을 통해 역방향으로 이동하는 것을 방지하도록 충분히 높은 가스 마찰을 형성하기 위하여, 상기 화합물들의 압력 및 상기 화합물들이 상기 반응 챔버로 유입되는 상기 채널의 내표면의 표면 특성 및 내부의 단면적을 조정함으로써 이루어지고;
    상기 폭파 또는 폭발의 파면에 대하여 상기 채널을 충분히 블록킹하는, 상기 반응 챔버 내로의 상기 압축된 화합물들의 순방향 플로우의 연속적으로 반복되는 중단이 초래되어, 상기 반응 챔버 내에서 일어나는 연속적인 반복되는 펄싱 폭파들 또는 폭발들을 가능하게 하는
    열교환기의 효율을 증가시키는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항의 상기 버너 시스템의 구성 요소(component)인
    열교환기의 효율을 증가시키는 방법.
KR1020127017908A 2009-12-10 2010-12-09 열교환기의 효율을 증가시키기 위한 버너 시스템 및 열교환기의 효율을 증가시키는 방법 KR101490784B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0921660.7 2009-12-10
GBGB0921660.7A GB0921660D0 (en) 2009-12-10 2009-12-10 Method for increasing the efficiency of a heat exchanger
PCT/IL2010/001043 WO2011070580A1 (en) 2009-12-10 2010-12-09 Burner system and a method for increasing the efficiency of a heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130004248A KR20130004248A (ko) 2013-01-09
KR101490784B1 true KR101490784B1 (ko) 2015-02-09

Family

ID=41666918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127017908A KR101490784B1 (ko) 2009-12-10 2010-12-09 열교환기의 효율을 증가시키기 위한 버너 시스템 및 열교환기의 효율을 증가시키는 방법

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9512997B2 (ko)
EP (1) EP2510282B1 (ko)
JP (1) JP5633909B2 (ko)
KR (1) KR101490784B1 (ko)
CN (1) CN102918325B (ko)
AU (1) AU2010329441B2 (ko)
BR (1) BR112012014005A2 (ko)
CA (1) CA2783769C (ko)
GB (1) GB0921660D0 (ko)
IL (1) IL220266A (ko)
WO (1) WO2011070580A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012061742A1 (en) 2010-11-05 2012-05-10 ThermoChem Recovery International Solids circulation system and method for capture and conversion of reactive solids
WO2013049368A1 (en) 2011-09-27 2013-04-04 Thermochem Recovery International, Inc. System and method for syngas clean-up
US9316157B2 (en) 2012-02-01 2016-04-19 Hamilton Sundstrand Corporation Fuel system for starting an APU using a hybrid pump arrangement
US9206775B2 (en) 2012-02-01 2015-12-08 United Technologies Corporation Fuel preheating using electric pump
GB2516267B (en) * 2013-07-17 2016-08-17 Edwards Ltd Head assembly
WO2015083006A2 (en) * 2013-12-04 2015-06-11 King Abdullah University Of Science And Technology Apparatuses and methods for combustion
WO2015083124A1 (en) * 2013-12-04 2015-06-11 King Abdullah University Of Science And Technology Apparatuses and methods for combustion and material synthesis
RU2558509C1 (ru) * 2014-02-18 2015-08-10 Объединенный Институт Ядерных Исследований Способ ускорения тела
CN109070156B (zh) 2016-02-16 2021-08-17 国际热化学恢复股份有限公司 两阶段能量集成产物气体发生***和方法
MX2018011589A (es) 2016-03-25 2019-09-18 Thermochem Recovery Int Inc Sistema y metodo de generacion de gas producto de energia ntegrada de tres etapas.
US10364398B2 (en) 2016-08-30 2019-07-30 Thermochem Recovery International, Inc. Method of producing product gas from multiple carbonaceous feedstock streams mixed with a reduced-pressure mixing gas
US9920926B1 (en) 2017-07-10 2018-03-20 Thermochem Recovery International, Inc. Pulse combustion heat exchanger system and method
US10099200B1 (en) 2017-10-24 2018-10-16 Thermochem Recovery International, Inc. Liquid fuel production system having parallel product gas generation
RU2686138C1 (ru) * 2018-02-26 2019-04-24 Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" Способ получения сильно перегретого пара и устройство детонационного парогенератора (варианты)
BR112020019905A2 (pt) * 2018-03-29 2021-01-05 Explo Engineering Ag Dispositivo para gerar ondas de pressão de alta amplitude e método para gerar ondas de pressão de alta amplitude
US11555157B2 (en) 2020-03-10 2023-01-17 Thermochem Recovery International, Inc. System and method for liquid fuel production from carbonaceous materials using recycled conditioned syngas
US11466223B2 (en) 2020-09-04 2022-10-11 Thermochem Recovery International, Inc. Two-stage syngas production with separate char and product gas inputs into the second stage

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10288310A (ja) * 1997-04-11 1998-10-27 Aichi Mach Ind Co Ltd パルス燃焼装置
US20020185097A1 (en) 2001-05-24 2002-12-12 Ryan Thomas W. Methods and apparatuses for laser ignited engines

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2695053A (en) * 1949-06-13 1954-11-23 Swingfire Bahamas Ltd Intermittent combustion device provided with means for controlling the combustion gas flow therein
US2644512A (en) * 1949-06-13 1953-07-07 Heizmotoren Ges Uberlingen Am Burner device having heat exchange and gas flow control means for maintaining pyrophoric ignition therein
US2950592A (en) * 1954-01-06 1960-08-30 Curtis Automotive Devices Inc Resonant pulse jet engine having an engine valve antechamber
US2796734A (en) * 1955-11-14 1957-06-25 Jr Albert G Bodine Sonic burner heat engine with acoustic reflector for augmentation of the second harmonic
US3151454A (en) * 1961-04-24 1964-10-06 Curtis Dyna Prod Corp Starting and fuel system for pulse jet devices
GB1275461A (en) * 1969-02-17 1972-05-24 Shell Int Research Pulsating combustion system
CH569940A5 (en) * 1973-07-16 1975-11-28 Battelle Memorial Institute Sound absorber for pulsatory gas burner - has branch Helmholtz resonator, annular multi-chamber resonator and absorbent jacket each end
US4382771A (en) * 1980-05-12 1983-05-10 Lola Mae Carr Gas and steam generator
SU1058391A1 (ru) 1980-08-18 1984-11-15 Научно-производственное объединение по технологии машиностроения Способ сжигани газообразного топлива и горелка дл его осуществлени
JPS59231309A (ja) * 1983-06-11 1984-12-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd パルス燃焼装置
JPS60232404A (ja) * 1984-05-02 1985-11-19 Toshiba Corp パルス燃焼装置
US4574745A (en) * 1984-07-23 1986-03-11 American Gas Association Compact pulse combustion burner with enhanced heat transfer
JPH0663650B2 (ja) * 1986-01-10 1994-08-22 株式会社東芝 パルス燃焼装置
DE3737247C1 (de) 1987-11-03 1989-03-02 Zettner Michael L Brenneinrichtung
US4856981A (en) * 1988-05-24 1989-08-15 Gas Research Institute Mixing rate controlled pulse combustion burner
DE3916556A1 (de) * 1989-05-20 1990-11-22 Kornaker Walter Vorrichtung zum reinigen der abgase von verbrennungskraftmaschinen
US5090891A (en) * 1989-06-26 1992-02-25 Indugas, Inc. Hybrid combustion device and system therefor
GB9013154D0 (en) * 1990-06-13 1990-08-01 Chato John D Improvements in pulsating combustors
US5249952A (en) * 1992-04-24 1993-10-05 Cosmos Ventures, Inc. Exhaust fume energy source and waste combustion apparatus
US5285769A (en) * 1992-10-13 1994-02-15 Washington State University Research Foundation Aerosol generating rotary pulse-jet orchard heater
JP3200779B2 (ja) * 1992-11-10 2001-08-20 誠 西村 金属のろう付用パルスバーナー
US5456594A (en) * 1994-03-14 1995-10-10 The Boc Group, Inc. Pulsating combustion method and apparatus
CN1143729C (zh) * 1995-03-20 2004-03-31 迈克尔·L·策特纳 可流动化合物实现热化学转化的方法和实现这种方法的转化器
WO1996029143A1 (de) * 1995-03-20 1996-09-26 Schmidt, Hermann Verfahren zur chemothermischen umsetzung fliessfähiger verbindungen und konverter zur durchführung des verfahrens
AU4781296A (en) * 1995-11-29 1997-06-19 Powertech Industries Inc. Pulse combustor and boiler for same
US5845480A (en) * 1996-03-13 1998-12-08 Unison Industries Limited Partnership Ignition methods and apparatus using microwave and laser energy
ES2182155T3 (es) * 1996-12-28 2003-03-01 Aerostar Coatings Sl Aparato de detonacion autosostenida.
USH1931H1 (en) * 1997-12-01 2001-01-02 The United States Of America As Represented By The Department Of The Navy Apparatus for activity controlled waste incinerator afterburner
US6210149B1 (en) * 1998-05-26 2001-04-03 Zinovy Z. Plavnik Pulse combustion system and method
US6464490B1 (en) * 1998-08-31 2002-10-15 Clean Energy Combustion Systems, Inc. Circular pulsating combustors
US6016669A (en) * 1998-11-30 2000-01-25 General Electric Company Pulsed fuel-oxygen burner and method for rotatable workpieces
US6312250B1 (en) * 1999-04-19 2001-11-06 North American Manufacturing Company Premix burner with firing rate control
DE19942387A1 (de) * 1999-07-14 2001-01-18 Abb Alstom Power Ch Ag Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen Brennstoffes in einem Verbrennungssystem sowie Verbrennungssystem zur Durchführung des Verfahrens
DE19934612A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-25 Abb Alstom Power Ch Ag Verfahren zur aktiven Unterdrückung von strömungsmechanischen Instabilitäten in einem Verbrennungssystem sowie Verbrennungssystem zur Durchführung des Verfahrens
US6584774B1 (en) * 2001-10-05 2003-07-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High frequency pulsed fuel injector
US6584765B1 (en) * 2001-12-21 2003-07-01 United Technologies Corporation Pulse detonation engine having an aerodynamic valve
ITTO20020850A1 (it) * 2002-10-01 2004-04-02 Powertech Ind Inc Camera di combustione a impulsi dotata di piastre multiple utilizzabile come caldaia per acqua calda
US7200538B2 (en) * 2003-01-15 2007-04-03 General Electric Company Methods and apparatus for modeling gas turbine engines
US6964171B2 (en) * 2003-09-11 2005-11-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus using jets to initiate detonations
US20070106014A1 (en) * 2004-04-12 2007-05-10 Daisuke Kanenari Method for producing composition containing polymer from liquid containing polymer component and drying apparatus for same
GB0409664D0 (en) * 2004-04-30 2004-06-02 Denne William A Ultrasonic pulse jet engine
US7637096B2 (en) * 2004-11-25 2009-12-29 Rolls-Royce Plc Pulse jet engine having pressure sensor means for controlling fuel delivery into a combustion chamber
DE102005026780A1 (de) * 2005-06-10 2006-12-21 Forschungszentrum Jülich GmbH Autothermer Reformer
US7828546B2 (en) * 2005-06-30 2010-11-09 General Electric Company Naturally aspirated fluidic control for diverting strong pressure waves
DE102006017355A1 (de) * 2006-04-11 2007-10-18 Spot Spirit Of Technology Ag Verfahren und Vorrichtung zum Erreichen von besseren Wärmeübergängen bei der Verwendung von Impulsbrennern
US20080299504A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-04 Mark David Horn Resonance driven glow plug torch igniter and ignition method
US20090165438A1 (en) * 2007-12-26 2009-07-02 Occhipinti Anthony C Pulse detonation engine
US7628606B1 (en) * 2008-05-19 2009-12-08 Browning James A Method and apparatus for combusting fuel employing vortex stabilization
WO2010092677A1 (ja) * 2009-02-13 2010-08-19 タマティーエルオー株式会社 爆発溶射装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10288310A (ja) * 1997-04-11 1998-10-27 Aichi Mach Ind Co Ltd パルス燃焼装置
US20020185097A1 (en) 2001-05-24 2002-12-12 Ryan Thomas W. Methods and apparatuses for laser ignited engines

Also Published As

Publication number Publication date
CN102918325A (zh) 2013-02-06
BR112012014005A2 (pt) 2018-06-05
AU2010329441A1 (en) 2012-07-26
WO2011070580A8 (en) 2011-08-25
IL220266A0 (en) 2012-07-31
WO2011070580A1 (en) 2011-06-16
KR20130004248A (ko) 2013-01-09
IL220266A (en) 2015-10-29
AU2010329441B2 (en) 2016-05-12
EP2510282A1 (en) 2012-10-17
JP2013513778A (ja) 2013-04-22
US9512997B2 (en) 2016-12-06
CA2783769A1 (en) 2011-06-16
EP2510282A4 (en) 2017-12-20
JP5633909B2 (ja) 2014-12-03
CN102918325B (zh) 2015-09-30
GB0921660D0 (en) 2010-01-27
CA2783769C (en) 2017-11-07
EP2510282B1 (en) 2019-05-08
US20120264070A1 (en) 2012-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101490784B1 (ko) 열교환기의 효율을 증가시키기 위한 버너 시스템 및 열교환기의 효율을 증가시키는 방법
JP6238997B2 (ja) 圧力ゲイン燃焼装置及び方法
CN101881238B (zh) 一种吸气式脉冲爆震发动机及其起爆方法
CN110131071B (zh) 一种脉冲爆震发动机燃烧室及其起爆方法
US20120204814A1 (en) Pulse Detonation Combustor Heat Exchanger
CN101590479A (zh) 爆轰燃烧器清洁装置和用其清洁容器的方法
JP2010531951A (ja) 空燃混合器で作動するパルスデトネーションエンジン
US6832556B1 (en) Passive coatings and improved configurations for gun cartridges, solid rockets, and caseless ammunition
JPS5942203B2 (ja) ガス燃料バ−ナ
JP3692127B2 (ja) 爆轟波発生装置
CN201696166U (zh) 一种吸气式脉冲爆震发动机
EP1546608B1 (en) Multiple plate combustor
US4465023A (en) Programmed combustion steam generator
KR101362671B1 (ko) 연소부피를 줄이는 매트릭스수단을 갖춘 증기발생 보일러
RU2076201C1 (ru) Пулевой способ перфорации буровых скважин и устройство для его осуществления
CN106765082B (zh) 一种水调温多孔介质脉冲等容燃烧器
Stoddard et al. Dual Crossover Dual Shock Ignition of a Pulse Detonation Engine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180205

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190201

Year of fee payment: 5