JPH06508200A - 燃焼方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼方法及び装置 発明の背景及び詳細な説明 本発明は、ガスのような燃料が最も有効な受持性を達成する燃焼を行うことを目 的として化学量論的な空気／燃料混合気を有しなければならない燃焼方法及び燃 焼装置に関する。

例えば、従来のプロパンガスのトーチにおいて、バーナーのノズルは燃料を最も 有効に使用できる高温点を有する青い炎を得るために化学量論的な比に混合する 室を有する。大きな表面積を有する物体の加熱は、その領域上で炎の先端を前後 に移動させるか、それをいくぶん不均一に加熱するために異なるノズルを使用す ることが必要となる。

本発明によれば、バーナーノズル内に組み込まれた流体オツシレータが燃料のジ ェットを掃引し、このジェットは、混合室の内側で空気と混合されるが、空気と の混合気の大部分またはすべては、ノズルの外側及び下流の所定の距離の範囲内 で達成される。掃引されるジェット燃料は、出口の間の空間で空気と混合され、 燃焼時に掃引角度及び燃料オシレータの波形のパターンによって決定される炎の 前部の面積及び厚さを有効に形成し、振動周波数に比例する混合速度は適当な燃 料辛気比を得るために自己調整される。広範な流体オツシレータが知られており 、それらは、本発明を実施する上で有効である。

本発明の利点は、高熱の伝達の効率を得るために熱い炎の前の部分が拡張され、 物理的なバーナーノズルから離れており、それと同時に物理的なノズルは、冷た く維持され、ある適用においてはプラスティックによってつくることができる。

さらに、異なる周波数及び波形のパターンを有するオツシレータを提供すること によって、異なる使用法なたは適用に対応するために炎の前方の距離及びその形 状を調整することができることである。

振動可能または掃引可能なジェット、例えばノズルからの所定の距離で燃料の適 当な混合気が燃焼できるようにするために十分な振動可能なジェットに形成する ことができるほとんどの流体オツシレータを使用することができる。このような 装置は、制御された流体散布技術に関する米国特許第４，０５２，００２号に開 示されており、プレーの米国特許第４，４６３，９０４号、及び４．　６４５゜ １２６号、ストラフ７の米国特許第４．５０８，２６７号及びストウファ及びバ ウアに付与された米国特許第３３，１５８が有効である。好ましい実施例におい て、できる限り大きぐ離れた炎の前部を有することができるように外側で燃料空 気の混合気を得ることが望ましい。しかしながら、いくつかの場合において、広 がっている出口を有する流体オツシレータは、燃料ジェットを前後に掃引し、空 気をノズルまで搬送し、これらは同様に有効であるが、フレームの前方とノズル との間の空間が大きくはない。なぜならば、化学量論的比を得るための燃料と空 気の外部の混合が有効に行われないからである。

図面の簡単な説明 本発明の上述した及び他の目的、利点及び特徴は、次の詳細な説明及び添付ずめ を参照することによってさらに明らかになろう。

第１ａ図は、従来技術のプロパンの炎を示す概略図であり、第１ｂ図は、ノズル の拡大図、及び第１Ｃ図は、炎拡散器である。

第２図は、適当な燃焼のために化学量論的なガス空気混合気を得るために混合領 域を形成する炎の前方及びノズルの間の距離を有する掃引ジェットと炎の前部の 分離を示す本発明を組み込んだプロパントーチ及びノズルの図面である。

第３ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅ図は、本発明を実施する場合に有効である種々の流体 オツシレータである。

第４ａ図乃至第４ｆ図は、本発明を実施する際に有効な液体オツシレータの種々 の従来の技術の輪郭を示す図面である。

第５図は、複数の流体バーナーノズルが１つまたはそれ以上のラインに配置され 、１つまたはそれ以上の燃料マニフォルドに接続されている炉のバーナの図面で ある。

第６ａ図及び第６ｂ図は、複数の流体バーナーズル内哄通の燃料マニフォウドに 接続された円形またはクロス形の所定のパターンで形成されたストーブの上部の バーナーを示す図面である。

第７図は、燃焼可能な空気−燃料混合体を得るために振動されたシート状の燃料 の形態のジェットを噴射するためのストウファの米国特許第４．　１５１．　９ ５５号に示すタイプの流体オランレータの概略図である。

発明の詳細な説明 第１図に従来のプロパントーチが示されており、プロパントーチはトーチ１２を タンク１０に固定する従来のネジ付き固定具によって燃料タンク１０上に取り付 けられている。可撓性を有する配管、圧力ゲージ、調整器及びそれと同様な構成 が図示されている。弁１３がプロパンタンク１０からトーチノズルプロパ１４へ の燃料の流れを制御する。トーチノズルプロパ１４は、パイプ１６のネジ山付き の端部１５にねじ込み可能に固定されている。（典型的には直径が約、００３″ の（０，００７６２センチメートル））開口部またはオリフィス１７が、プロパ ン燃料のジェットを室１８に噴射し、その室１８は、室Ｃへのジェット１８の流 れによって空気が搬送される一連の開口部１９を備えている。弁１３を調整する ことによって、連続した透明な青い炎の部分を有する先端部２１を備えた良好に 形成された青い炎２０が得られるように適当な空気燃料比が達成される。ノズル の端部２２から炎の前部分２０の間隔は多くの場合、存在しない。ノズル１４は 、典型的には加熱される。

しかしながら、最も重要なことは、はぼ先端部２１のまわりに熱い場所がある典 型的な「炎」形状を有するように炎の前方部２０が先端部に向かって細長くなっ ていることである。スプレッダＦＳ（第１図Ｃ参照）の炎拡散器は炎を広げるた めに室Ｃの端部に取り付けることができる。第１図に示す装置は、フレームアレ スタＦＡのような従来の安全装置を含み、このフレームアレスタは、燃料圧が装 置の限界を越えて噴出することができないような低い水準に低下するとき、炎が 引いてタンク内の燃料を点火することがないようにする。

空気が、パイプ１６の開口部を通って送られる場合、例えば、トーチ室Ｃそれ自 身内で燃焼をサポートするための適当な燃料空気比を得るためにより少ない空気 が供給される必要があるが、このような構造の種々の他の従来の装置がある。

第２図を参照すると、プロパンタンク３０と弁３１のような燃料タンクは、（管 １６またはパイプ１６と同一であり、従来の予備混合気オリフィス及びそれと同 様なもの並びに上述した安全装置を含む）管またはパイプ３２を有し、燃料ジェ ットをつくる流体オランレータノズル３４は、ネジ山付き端部３３上に固定され ており、燃料のジェットは、流体オランレータノズル３４の端部３５から距離り だけ離れている燃焼炎前方部ＦＦを維持するために混合領域２において角度（α ）で掃引される。炎の前方部ＦＦの距離り及び形状は、本発明によって達成され る重要な改良点である。角度（α）で、また所定の速度（例えば、約１から３ｋ Ｈ２）で燃料のジェットを掃引することによって有効な空気と燃料の混合が得ら れ、ノズル自身が冷たいままであり、炎ＦＦの熱い炎の前方部が広く形成される ようにノズルの下流の距ＭＤに適当な燃料空気混合体を生成する。このように、 ノズルを前後に移動させて広い表面積を加熱する代わりに、ノズルが静止した状 態で保持され、炎の前方部が長さし及び厚さＴを有するように形成される。この ように従来のトーチの炎の前方部に比較して、本発明は、ノズルが基本的に冷た いままであるが（もちろん、加熱された物体から反射された放射熱がノズルを加 熱する場合がある）、ノズルをさらに有効にする冷たい膨張した燃料によって妨 げられる（なぜならば、特に、トーチそれ自身からの熱がノズルを加熱するより 物体に送られるからである）ようにノズルから十分に間隔をｌいた広い面積の炎 の前方部を形成する。

第３ａ、３ｂ及び３ｃ図は、流体オランレータＦＯＩ、ＦＯ２及びＦＯ３からの 掃引出力を示す。オランレータＦＯＩにおいて、第３ａ図参照すると、オランレ ータは、燃料の正弦波掃引を行うように設計され、停止運動ストローブが出力流 上に突出しているならば、波形は基本的には正弦波形状になる。第３ｂ図の流体 オランレータにおいて、流体オランレータＦＯ２は、３角形状の出力を有し、第 ３ｃ図においては、流体オランレータＦＯ３は、台形状の出力を有する。すなわ ち、中間で及び両端で大きな炎を生じるよりも各掃引の側方の両端部で適当な燃 料空気比で空気と混合される。

燃料速度が増大するとき、掃引の速度は比例して増加するが、波長は一定のまま であり、混合は周波数が２倍になれば、２倍の速度で行われ、適当な燃料空気比 は、出力縁部３５にさらに接近した距離で到達される。このように、炎の前方の 形状は、ノズルを比較的冷たく維持しながら、高い熱伝達能率の目標及び効果に 対応するために調整される。ある場合において、このノズルは、特に加熱される 物体からの放射熱が弱い場合においてプラスティックによって製造される。

第４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ及び４ｆ図において、本発明を実施する場合に 有効な種々のオランレータが示されている。第４ａ図において、オランレータは 、「共振イカ−タンス及び動的なコンブライアンアス回路を有する流体オランレ ータ」と題されたストウファ及びバウアの米国特許第３３，１５８号に開示され ている。第４ｂ図は、ストラフ７の米国特許第４．５０８，２６７号に開示され 、振動を維持するために室内における渦巻きの形成及び運動に依存するタイプの 流体オランレータを開示している。第４Ｃ図は、プレイの米国特許４．　４６３ ゜９０４号に開示されたタイプのオランレータを開示している。第４ｄ図は、ス トウファの米国特許４，１５１，９５５号に開示されたタイプのアイランド形の オランレータを開示している。第４ｅ図において、ストウファ及びプレイの米国 特許４．０５２，００２号に開示されたタイプのオランレータが開示されている 。これらの場合において、流体オランレータは、１つの出口があり、この装置の 出口を通る燃料が大気からオツシレータ室をシールするタイプである。第４ｅ図 において示されたオランレータにおいて、装置の内圧は、流体が常に外側に流れ るように大気より大きい。

第４ｒ図において、オランレータは科学技術の百科事典に開示されているタイプ のものである。このタイプのオランレータにおいて、空気と燃料をあらかじめ混 合するように作用する大気の流れがあり、完全に燃焼可能な混合体は、燃料ジェ ットを掃引を介して、オランレータの縁部の下流であって、そこから間隔を１い た距離に到達する。この実施例は、あまり好ましくない。なぜならば、上述した 従来技術のノズルの態様に装置自身に引かれる大気が依存するからである。さら に、大気の搬送によって、炎の前方部は、大気の縁部に接近するように間隔を置 いており、炎の面万部の形状はやや良好な制御性がある。これらの従来の引用例 はここに組み込まれており、そのその操作概要が開示されている。すべての流体 オランレータの動作は、移動が部品する機械装置を使用することなく燃料ジェッ トを周期的に偏向することを特徴とし、その結果、オランレータは、信頼性及び その動作に逆効果を与える摩耗及び破壊を受けることがない。さらに、ジェット のみで全体のオリフィス軸受は本体の全体が移動しないから、ジェット振動を行 うのに必要なエネルギーは小さい。ストウファ及びプレイの米国特許第４．０５ ２．００２号参照。

種々の装置が振動周波数を変化させるために使用される。例えば、第４ａ図に示 すようなオランレータにおいて、イナータンスＩＬの長さを変化させることによ って周波数を調整することができる。

第５図に示す実施例において、１つまたはそれ以上のガス燃料マニフォルド６１ ．６２，６３．、．６ＯＮ上に概略的に示された流体オランレータの１つまたは それ以上のアレイ６０は、制御弁ＣＶを通って主供給部６４から供給される。

パイロット炎９６が参照符号６９の弁によってノズル６７を通りで供給される。

ここに開示された流体オランレータノズルのタイプは、最も有効な燃焼のために 適当な燃料空気混合体を達成するために大気内で燃料流を振動させるために使用 される。第５図において、広い形状の炎の前方部ＦＦ８１は、流体オランレータ ６１−１．６２−２．６ＯＮ−１，、、，６ＯＮ−Ｎの掃引角度、波形のパター ン及び周波数によって決定された所定の距離だけ振動ノズルから間隔を置いてい る。

振動は、上述したように振動されるシート上の流体燃料を形成し、広い炎が著し く大きな面積を有するタイプのものである。第７図に示すオランレータの外観７ ０は、（傾斜のない）前述したプレイパターンで示すタイプであり、ストウファ の米国特許第４．１５１．９５５号の第２０図に示されるような円形のアイラン ド７１を備えている。この場合、アイランド７１は、オランレータ相互作用領域 ７３の外側のほぼ円形の出口領域７２に先遣されており、大気に放出される掃引 シートを形成する。

直線的なアレイの代わりに、第６ａ図に示す円形か、または第６ｂ図に示すプロ ット６６′を含むような縦方向に交差したアレイ状に配置されてもよい。さらに 、流体オランレータが同じタイプであることが好ましいが、１つの領域での振動 が掃引ジェットを形成し、他の領域で掃引シートが形成されてもよい。

本発明の特定の実施例を説明したが、請求の範囲に定義された本発明の精神及び 観点から離れずに構成の詳細の梓々の変更が行われることは理解できよう。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．燃焼可能な混合体を達成するために化学量論的に混合される加圧された流体 供給源と、加圧された前記燃料に接続された流体燃料流ラインと、前記燃料流ラ インの手動の制御バルブと、前記燃焼可能な混合体を達成するために前記燃料流 体と空気を混合するためのバーナー装置とを有する物体を加熱する装置において 、前記バーナー装置は、前記流体燃料のジュットを形成し、前記燃料と空気を混 合し前記燃焼混合体を前記トーチの物理的な構造から所定の距離だけ離すために 前記流体オッシレータの下流の大気内で前記流体燃料のジェットを振動させ、そ れによって燃焼する燃焼可能な混合体の炎の前方が広い形状を有し、前記流体オ ッシレータの掃引角度、波形形状及び周波数によって決定された前記流体オッシ レータから所定の距離だけ離れることを特徴とする加熱装置。
2. ２．前記燃料のジェットをつくるためのノズルと、前記振動装置を冷たく維持す るために振動装置から下流に間隔を置いた距離で燃焼可能な燃料空気混合気を形 成するために振動装置の下流で大気内の前記ジェットを振動させる装置を有する 燃料可能な燃料空気混合気をつくる空気と燃料を混合するためのバーナーノズル 装置。
3. ３．燃料の前記ジェットを振動させるための前記装置は移動しない部品の流体オ ッシレータである請求項２に記載のバーナー装置。
4. ４．前記流体オッシレータは、単一の出口を有する振動室を有し、前記単一の出 口を出る燃料は、大気の状態から前記振動室をシールするタイプである請求項３ に記載のバーナー装置。
5. ５．前記流体オッシレータの振動周波数を変化させるための装置を含む請求項３ に記載のバーナー装置。
6. ６．前記流体オッシレータは、前記燃料の渦巻きの形成及び運動に依存して振動 を支持するタイプのものである請求項３に記載のバーナー装置。
7. ７．前記流体オッシレータは、前記燃料と運ばれた空気とを予備混合するために 大気を運ぶタイプである請求項３に記載のバーナー装置。
8. ８．前記ジェットの振動速度は、１から３ＫＨｚである請求項２乃至７に記載の バーナー装置。
9. ９．前記振動装置は、流体オッシレータであり、前記ジェットは、シート状の流 体燃料である請求項２乃至７に記載のバーナー装置。
10. １０．燃料ジェットをつくる段階と、所定の掃引速度で掃引角度αで前記バーナ ーノズルの下流の大気内で前記燃料のジェットを振動させて前記大気と燃料を混 合し、前記トーチノズルから下流の所定の距離だけ離れた炎の前方部分で燃焼可 能な混合気を達成し前記燃焼ノズルを冷たく維持する段階とを有する操作中にバ ーナーのノズルを冷たく維持する方法。
11. １１．前記振動速度を変化させる段階を含む請求項９に記載の方法。
12. １２．前記所定の掃引速度は、１乃至３ｋＨｚである請求項９に記載の方法。
13. １３．燃焼可能な混合体を達成するために化学量論的に混合する加圧された流体 供給源と、加圧された前記燃料に接続された流体燃料流ラインと、前記燃料流ラ インの制御バルブと、前記燃焼可能な混合体を達成するために前記燃料流体と空 気を混合するためのバーナー装置とを有する物体を加熱する装置において、前記 バーナー装置は、前記シート状の流体燃料を形成し、前記燃料と空気を混合し前 記燃焼混合体を前記トーチの物理的な構造から所定の距離だけ離すために前記流 体オッシレータの下流の大気内で前記流体燃料のシートを振動させ、それによっ て燃焼する燃焼可能な混合体の炎の前方が広い形状を有し、前記流体オッシレー 夕の掃引角度、波形形状及び周波数によって決定された前記流体オッシレータか らの距離だけ離れることを特徴とする加熱装置。