JP2011511239A - 予混合火炎の燃焼騒音の減衰 - Google Patents

Abstract

本開示は、予混合火炎から生じる燃焼騒音を減衰させる量だけ、バーナの通路を加熱することによって、バーナによって支持されている予混合火炎の騒音特性を変えるための方法、システム、及び装置からなる。別の方法としては、減衰は、予混合火炎に対する第１の場所と、火炎を生成する燃料／酸化剤混合物の未燃焼部分内の少なくとも１つの第２の場所との間の温度差を制御することによって発生する。
【選択図】図１

Description

本開示は一般的に、騒音の特性を変えるための方法、システム及び装置、より具体的には、予混合火炎から生じる燃焼騒音を減衰することによって騒音の特性を変えるための方法、システム及び装置に関する。

燃焼に起因する振動は、燃焼不安定性の一形態であり、典型的には予混合火炎内に発生する。このような不安定性は通常、ハウリングなどの騒音という形で現れる。ハウリングは一般的に、許容できない騒音と見なされており、これは通常１００〜１０００Ｈｚの範囲、及び最大１２０デシベルの強度で現れる。

ハウリングは一過性又は連続的である場合がある。典型的には、一過性のハウリングは火炎の着火時に発生し、比較的短時間（例えば、数秒又は数分後）に消滅する。一過性のハウリングは許容できないものと見なされることがある。対照的に、連続的なハウリングはバーナが作動している間中、続くことがある。連続的なハウリングは、はるかに許容しがたいものと見なされている。ハウリングを引き起こす燃焼振動のタイプ（特に工業用タイプのリボンバーナにおいて）を説明する既知の理論はほとんど存在しない。

様々な操作条件がハウリングの形成に寄与し得ることが知られている。例えば、いずれか特定のバーナ構造は、ハウリングの原因となる燃焼振動が発生し得る、様々な操作条件を有することがある。その際、この操作条件のこの範囲に影響を及ぼし得るいくつかの重要な変数は、火炎力（即ち、燃料タイプ及びその流量）並びにバーナからバッキングロールまでの分離（例えば、「バーナギャップ」）である。残念なことに、一部のバーナに対して燃焼振動が発生し得る操作条件は、最適なバーナ性能をもたらす条件である。

上述のように、火炎の安定性が燃焼騒音の形成を制御している。より安定した火炎は可聴振動を発生させる傾向が低い。バーナポートに入る可燃性混合物を予熱すると、リボンへの付着点で火炎を安定させる傾向がある。リボンへの火炎の付着における変動が圧縮波を発生させ、それが燃焼騒音の形成を可能にする。一方、冷却ロール表面に火炎を衝突させることは圧縮波を強める役割を果たし、よって燃焼が形成する及び／又は強まる傾向が高まる。更に、酸素富化火炎との関連では、層流火炎速度と火炎温度が大幅に増大し、これによってハウリングの可能性が高まる。その結果、酸素富化火炎は、リボンバーナで直面する燃焼不安定性の除去にとっては最も難しい条件を提示する。

リボンバーナなどの、バーナの稼動に関連した許容しがたい騒音を制御できないと、比較的不健康で不快な作業環境が存在する恐れがある。バーナの火炎安定性を改善することによって燃焼騒音を減衰するために既知のアプローチが実施されてきたが、その一方で既知の技術を更に改善するための継続的な努力が行われている。

本開示の代表的な実施形態では、バーナの１つ以上のポートによって支持されている火炎の騒音特性を制御する方法が提供されている。本方法は、第１の場所と第２の場所との間の温度差を制御する工程を有し、第１の場所が火炎内又は、火炎のリーディングエッジの隣にあり、第２の場所が火炎を生成している燃料／酸化剤混合物の未燃焼部分内にあることにより、火炎の騒音特性が温度差を制御することで変えられる。

本開示の別の代表的な実施形態では、予混合火炎の騒音を減衰する方法が提供されている。本方法は、バーナの少なくとも１つのポートによって支持されている予混合火炎の温度差を制御する工程を有し、温度差が第１の場所と第２の場所との間で決定され、第１の場所が予混合火炎内又は、火炎のリーディングエッジのすぐ隣にあり、第２の場所が、第１と第２の場所との間の温度差が減少するように、予混合火炎を生成している燃料／酸化剤混合物の未燃焼部分内にあることにより、ポート上で支持されている予混合火炎の騒音が減衰される。

本開示の別の代表的な実施形態では、予混合火炎の燃焼騒音を減衰する方法が提供されている。本方法は、バーナ本体において１つ以上の通路のそれぞれによって画定されているバーナポートから予混合火炎を生成する工程と、予混合火炎の燃焼騒音を減衰する程度まで、選ばれた通路を加熱する工程と、を有する。

本開示の別の代表的な実施形態では、バーナ本体において１つ以上の通路のそれぞれによって画定されている１つ以上のバーナポートからの予混合火炎の不快な騒音の存在を修正する方法が提供されている。本方法は、予混合火炎の騒音レベルを決定する工程と、騒音レベルに関連している１つ以上の通路から選ばれた通路の温度を決定する工程と、予混合火炎の燃焼騒音レベルが減衰する程度まで、１つ以上の通路の温度を調整する工程と、を有する。

本開示の別の代表的な実地形態では、火炎の騒音特性を制御する装置が提供されている。この装置は、燃料／酸化剤混合物が、火炎が支持されているポートに流れるための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備える。バーナ本体は、未燃焼と燃焼部分の間の温度差を変えるために、燃料の燃焼部分に対して、混合物の未燃焼部分の温度を変える少なくとも１つの要素を含むことにより、火炎の騒音特性が変えられる。

本開示の別の代表的な実地形態では、火炎の騒音特性を制御する装置が提供されている。この装置は、燃料／酸化剤混合物が、火炎を支持されているポートに流れるための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備え、バーナ本体は、未燃焼と燃焼部分との間の温度差を減少させるために、燃料の燃焼部分に対して、混合物の未燃焼部分の温度を上げる少なくとも１つの要素を含むことにより、火炎の騒音特性が低下する。

本開示の別の代表的な実施形態では、予混合火炎の燃焼騒音を減衰するための装置が提供されている。この装置は、燃料／酸化剤混合物が流れ、予混合火炎が支持されているポートに達するための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備え、バーナ本体は、熱伝導性を有する材料から作られた少なくとも１つの要素と、予混合火炎の燃焼騒音を減衰させる程度まで、少なくとも予混合火炎によって生成された受動熱が１つの通路を加熱するように、少なくとも１つの通路の長さを画定する部分と、を含む。

本開示の別の代表的な実施形態では、予混合火炎の燃焼騒音を減衰するための装置が提供されている。この装置は、燃料／酸化剤混合物が流れ、予混合火炎が支持されているポートに達するための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備え、バーナ本体は、予混合火炎の燃焼騒音を減衰させる程度まで、１つの通路を能動的に加熱することができる少なくとも１つの要素を含む。

本開示の別の代表的な実地形態では、火炎穿孔フィルム用の装置が提供されている。この装置は、フレームと、穿孔されるフィルムを支持するためにフレームに取り付けられた支持表面と、支持表面の反対側のフレームに取り付けられ、燃料／酸化剤混合物の燃焼によって生成される予混合火炎を支持するバーナと、このバーナに接続されるバーナパイプと、このバーナパイプに連結される燃料／酸化剤混合物の供給源と、を備え、バーナは、燃料／酸化剤混合物が流れ、予混合火炎が支持されているポートに達するための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備え、バーナ本体は、熱伝導性を有する材料から作られた少なくとも１つの要素と、予混合火炎の燃焼騒音を減衰させる程度まで、少なくとも予混合火炎によって生成された受動熱が１つの通路を加熱するように、少なくとも１つの通路の長さを画定する部分と、を含む。

本開示の別の代表的な実施形態では、ポートの列を画定している、実質的に平行で波形化した複数のリボンを含む、ガスリボンバーナが提供されており、この改善は、約１．５ｃｍ以上の範囲の深さを有するポートの列を画定するリボンを含む。

本開示の別の代表的な実施形態では、ある装置内の物品を、この物品に機能を行うためにこの物品に結合されたリボンバーナによって提供される少なくとも１つの予混合火炎から生成される熱によって加熱するプロセスにおける改善が提供され、リボンバーナは、予混合火炎が支持されているポートに向かって燃料／酸化剤混合物が流れる、少なくとも１つの通路を含み、この改善は、予混合火炎の燃焼騒音が減衰するような程度までこの１つの通路を加熱することを含む。

別の代表的な実施形態では、物品に対して行われる機能は、加熱、加工、乾燥、穿孔、エンボス加工、洗浄、アニーリング、封止、ラミネート加工、殺菌、毛焼き、焙り焼き、気化、焼印、材料の表面の修飾、及びこれらの任意の組み合わせからなる群である。

本開示の別の代表的な実施形態では、少なくとも１つの予混合火炎から生成される熱によって物品に機能を行うための加熱チャンバと、加熱装置に結合されたリボンバーナと、を備えるシステムにおける改善が提供されており、リボンバーナは、予混合火炎が支持されているポートに向かって燃料／酸化剤混合物が流れる、少なくとも１つの通路を含み、この改善は、予混合火炎の燃焼騒音が減衰するような程度までこの通路を加熱するための熱を生成するリボンバーナにおける要素を有する。

ハウリングは、最大１２０デシベルの強度を伴う１００〜１０００Ｈｚの騒音として現れる自燃不安定又は振動を意味する用語である。

はだか火は、エンクロージャ内ではない、周囲条件における火炎を指す用語である。

予混合火炎は、燃焼前に密接、又は完全に混合されている燃料／酸化剤混合物の燃焼から生じる火炎を意味する。

火炎力は、単位時間当たりに燃焼した燃料の体積と燃料の熱容量の積である。

バーナギャップは、火炎トリーター、穿孔機、又は他の火炎装置において、バーナのフェイスからバッキングロールまでである。

火炎当量比は、化学両論的酸化剤−燃料比を、実際の酸化剤−燃料比で除したもので、化学両論的比率は完全燃焼に必要とされる、燃料に対する酸化剤の正確な比率である。

本開示の態様を含む火炎穿孔装置の側面図。 明確にするために２つのアイドラロール及びモータが除去され、バッキングロールが仮想線で示された図１の火炎穿孔装置の正面図。 図２に示す火炎穿孔装置のバーナのリボンの拡大図。 装置内のフィルム経路に沿ったフィルムを含む図１の装置の側面図。 本開示による騒音を減少させるのに使用されるリボンバーナの概略図。

図１〜５は、本開示の方法、システム及び装置が実行され得る火炎穿孔装置１０を示す。本開示は火炎穿孔装置１０の関連に限定されないことは理解されるであろう。むしろ、本開示は以下の説明から明らかなように、燃焼騒音の減衰を含む、予混合火炎の燃焼騒音の制御を幅広く網羅するものである。予混合火炎の燃焼騒音の制御は、プラスチックを含む物品の表面の修飾、加熱、加工、乾燥、穿孔、エンボス加工、洗浄、アニーリング、封止、ラミネート加工、殺菌、毛焼き、焙り焼き、気化、焼印、及びこれらの任意の組み合わせなど、これらに限定されることなく、数多くの状況において有益であり得る。

火炎穿孔装置１０は、同程度の引裂き特性をプラスチックフィルムの縦方向又は機械方向（ＭＤ）、並びに横方向又は横断方向（ＴＤ）の両方で提供するために、杉綾模様（図示せず）のパターンに配置された穿孔を形成することができる。図１〜５に示されている火炎穿孔装置１０のこれらの態様のみが、本明細書で説明されている。火炎穿孔装置１０のより完全な説明については、米国特許第７，０３７，１００号が参照され、これは本出願の発明者らの一部に発行済みであり、同発明の全体が本明細書に組み込まれている。本開示に組み込まれる前述の特許の態様が本明細書で説明されることは理解されるであろう。図５には、燃焼から生じる騒音を減少させる又は除去する、本開示の方法、システム及び装置が図示されている。

図１〜５は本開示の態様を実施する、火炎穿孔フィルムを製造するための１つの好ましい装置を図示したものである。図１は、火炎穿孔装置１０の側面図である。図２は、バッキングロール１４が仮想線で示され、明瞭化のためにアイドラローラー５５、３８、及びモータ１６が除去された火炎穿孔装置の正面図を示す。

図１及び２は、火炎穿孔装置１０がフレーム１２を含むことを示す。フレーム１２は、上部１２ａ及び下部１２ｂを含む。火炎穿孔装置１０は、外側フィルム支持表面１５を有するバッキング装置又はロール１４を含む。フィルム支持表面１５は、典型的には、仮想線で示される低くされた部分９０のパターンを含む。これらの低くされた部分９０及び、低くされた部分９０間のフィルム支持表面１５の部分は、集合的にバッキングロール１４のフィルム支持表面１５を構成している。低くされた部分９０は、フィルム支持表面１５内の圧痕のバターンを形成する。低くされた部分９０はフィルム支持表面１５に沿った、複数の押し下げられた、又は引っ込んだ部分、あるいは複数の圧痕である得る。これらの低くされた部分９０は典型的にはフィルム支持表面１５にエッチングされている。別の方法としては、低くされた部分９０のパターンは、フィルム支持表面１５にドリル処理、削摩、又は彫り込むことができる。

典型的には、バッキングロール１４のフィルム支持表面１５は、火炎穿孔装置１０周りの周囲温度に対して温度制御されている。典型的には、バッキングロール１４のフィルム支持表面１５は、冷却された水を中空シャフト５６の入口部分５６ａに送り、バッキングロール１４に送り、中空シャフト５６の出口部分５６ｂから出すことによって冷却される。バッキングロール１４はその軸１３を中心として回転する。火炎穿孔装置１０は、フレームの下部１２ｂに取り付けられたモータ１６を含む。

火炎穿孔装置１０は、バーナ３６及びそれに関連したバーナパイピング３８を含む。バーナ３６及びバーナパイピング３８は、バーナ支持体３５によってフレーム１２の上部１２ａに取り付けられている。バーナ支持体３５は、アクチュエータ４８によってピボットポイント３７の周囲を旋回することができ、バッキングロール１４のフィルム支持表面１５に対してバーナ３６を動かす。以下の図４及び５で詳細が説明されているように、支持体３５は、バーナ３６をバッキングロール１４のフィルム支持表面１５の隣に、又は離れた所望の距離に位置決めするよう、アクチュエータ４８によって旋回させてもよい。バーナ３６はそれぞれの端部に、バーナ３６にガスを供給するためのガスパイプセクション３８を含む。

本開示の１つの代表的な実施形態では、火炎穿孔装置１０は、フレーム１２の下部１２ｂに取り付けられた予熱ロール２０を含む。予熱ロール２０は外側のロール層２２を含む。外側のロール層２２は外面２４を含む。典型的には、予熱ロール２０はニップロールであり、これは、フィルムをニップロール２０とバッキングロール１４の間に挟むように、バッキングロール１４に対して位置決めされてもよい。ニップロール２０は、シャフト６０を中心として自由に回転し、ロール支持体６２に取り付けられている。

火炎穿孔装置１０は、ブラケット６６によってニップロール２０に取り付けられて、１つのアセンブリを形成する温度制御シールド２６を含むことができる。温度制御シールド２６は、典型的には複数の水冷パイプ２８を含む。典型的には、温度制御シールド２６は、バーナ３６とニップロール２０との間に位置決めされる。この位置で、シールド２６は、バーナ３６から生成される熱の一部からニップロール２０を保護し、したがって、ニップロール２０の外面２４の温度を制御するのに使用することができる。火炎穿孔装置１０は、フレーム１２の下部１２ｂに取り付けられた第１のアイドルローラ５４、第２のアイドルローラ５５及び第３のアイドルローラ５８も含む。アイドルローラ５４、５５、５８は、それら自体のシャフトを含み、これらのアイドルローラはシャフトを中心として自由に回転することができる。

図３は、図１の装置１０において加熱システムを形成するのに有用なバーナ３６の部分の詳細な長手方向図で、その目的は、フィルム７０に穿孔機能を実行する際に、バーナによって支持されている予混合火炎の火炎不安定性に起因する騒音を減衰することである。図５を参照して、より詳細に説明されるように、バーナ３６はＦｌｙｎｎ Ｂｕｒｎｅｒ，Ｎｅｗ Ｒｏｃｈｅｌｌｅ，ＮＹによって市販されているものと同様のリボンバーナヘッドアセンブリ５００を含む。リボンバーナヘッドアセンブリ５００は、図５に関してより完全に説明されるように、本開示の教示に従って改善されている。本質的に、リボンバーナヘッドアセンブリ５００は、好適に結合され（例えば、溶接）、プレート５０３の間に挟まれた同じ形状を有する細長い、連続的に波形ステンレス鋼リボン５０２の積み重ね体を含む。リボンバーナヘッドアセンブリ５００は、内部プレナム５０４（図５）の画定を補助する傾向があり、その中に圧縮された燃焼用空気及びガス状燃料の混合物が供給される。ミキサ（図示せず）は、ガスがプレナム５０４に入る前に、空気とガス状燃料を混合する。この混合物は、複数のポート５１０ａ〜ｎ（集合的に５１０）から出る。ポート５１０は、積み重ねられたリボン５０２によって形成されている対応する通路５１２ａ〜ｎ（集合的に５１２）の一方の端に位置する。放出された混合物を点火することによって、それぞれのポート５１０から実質的に均一の強度の予混合火炎５２０が発射される。リボンバーナヘッドアセンブリ５００は、様々なサイズであってよく、例えば１列のポートから、いわゆる８ポート（即ち、８列）などの複数層の列であってもよい。火炎穿孔装置１０では、８ポートバーナを使用してもよい。リボンバーナヘッドアセンブリの長さは、フィルム７０の幅、又は処理される物品によって異なり得る。この実施形態では、リボンバーナヘッドアセンブリ５００は、約３０ｃｍ（１２インチ）の長さである。この種のバーナでは、深さは、リボンバーナヘッドアセンブリ５００の文字「Ａ」（図５）によって示される。深さは、通路における熱の制御と、したがって音の減衰とによって異なり得る。したがって、通路５１２の長さは、リボンバーナヘッドアセンブリの深さによって定義されることが理解されるであろう。そのため、通路の長さは実質的に同じである。

この実施形態においては、リボンバーナが、ポリマーフィルムの火炎穿孔に典型的に使用されるが、ドリル加工又はスロットバーナなどの他のタイプのバーナも使用してもよい。バーナは物品に対して、プラスチックを含む物品の表面の修飾、加工、乾燥、穿孔、エンボス加工、洗浄、アニーリング、封止、ラミネート加工、殺菌、毛焼き、焙り焼き、気化、焼印、及びこれらの任意の組み合わせを含む様々な機能を行うが、それらに限定されない。

図４は、フィルムが火炎穿孔装置１０を通って進む経路、及び火炎穿孔フィルムの１つの代表的な方法を示す。フィルム７０は、第１側面７２、及び第１側面７２の反対側にある第２側面７４を含む。フィルムは、装置１０に進み入り、及び第１のアイドルローラ５４の周りを進む。バッキングロール１４の外側のフィルム支持表面１５の温度は、シャフト５６を通してバッキングロール１４を流れる水の温度によって制御することができる。外側のフィルム支持表面１５の温度は、火炎から大量の熱を生成するバーナ３６にどれだけ近いかによって異なることがある。更に、支持表面１５の温度は、フィルム支持表面１５の材料に依存する。前述のように、本発明の火炎穿孔工程は米国特許第７，０３７，１００号により完全に説明されている。

予熱ロール２０とバッキングロール１４の間のこの位置において、予熱ロールは、フィルムをバーナの火炎と接触させる前に、フィルム７０の第１の面７２を予熱する。予熱ロール２０の温度は、火炎穿孔工程において、フィルムにおけるしわ又は他の欠陥を除去するのを助ける。

火炎穿孔工程において、バッキングロール１４は引き続き回転して、フィルム７０をバーナ３６とバッキングロール１４の間に移動させる。この特定なステップは図４とともに、図５にも図示されている。フィルム７０がバーナ３６の火炎と接触すると、火炎の熱はフィルム材料を通過し、金属の優れた熱伝導性に起因して、バッキングロール１４の冷たい金属によってすぐフィルムから離れて伝導されるので、冷却された金属支持表面によって直接支持されたフィルムの部分は穿孔されない。しかしながら、空気のポケットが、冷却支持体材料のエッチングされた圧痕又は低くされた部分９０を被覆しているフィルム材料の部分の後ろに閉じ込められる。圧痕に閉じ込められた空気の熱伝導率は、周囲の金属の熱伝導率よりはるかに小さく、したがって、熱はフィルムから離れて伝導されない。次に、圧痕の上にあるフィルムの部分は、溶融し穿孔される。その結果、フィルム７０に形成された穿孔は通常、低くされた部分９０の形状と相関する。

バーナ３６がフィルムを火炎穿孔した後、バッキングロール１４は、フィルム７０が最終的に、アイドラローラー５５によってバッキングロール１４の支持表面１５から離れて引っ張られるまで、回転し続ける。ここから、火炎穿孔フィルム７０は、別の駆動ローラ（図示せず）によってアイドラロール５８に巻きつけられる。

図５は、火炎穿孔装置１０の他の態様を図解したもので、ここでは本開示の改善されたバーナが使用されている。図５は、火炎穿孔工程中のバッキングロール１４のフィルム支持表面１５に対する予混合火炎５２０の配置を示す。図５では、バーナ３６はバッキングロール１４に対して一定の距離にあるが、バッキングロール１４のより近くに配置することもできる。上記の米国特許第７，０３７，１００号で説明されているように、バーナ３６とバッキングロール１４の間の相対的距離は、バーナ支持体３５及びアクチュエータ４８によって調整することができる。それぞれの火炎は、バーナによって支持された発光円錐であり、当該技術分野において既知の手段で起点から先端まで測定することができる。リボンバーナ３６は複数の火炎を有してもよく、典型的に、すべての先端がバーナハウジングに対して同じ位置にあり、典型的には長さが均一である。しかしながら、火炎先端は、例えば、不均一なリボン構成、又はリボン内への不均一なガスの流れによって、変わることができる。図示の目的で、複数の火炎は、複数の火炎５２０によって示されている。

図５では、火炎５２０はバッキングロール１４から離れて位置決めされており、したがって、バッキングロール上のフィルム７０に衝突せず、「衝突されない火炎」として定義されている。この位置では、火炎は、本開示が関連している当業者によって自由空間で簡単に測定することができる。

典型的には、フィルム７０はポリマー基材である。ポリマー基材は、火炎による穿孔を可能にするいかなる形状であってもよく、例えば、フィルム、シート、多孔性材料、及びフォームが挙げられる。典型的なポリマー基材は、最後に述べた特許の中で説明されている。

ここで再度、図５を参照して、本開示の改善されたリボンバーナヘッドアセンブリ５００を含むリボンバーナ３６を示す。後で説明されるように、本開示は、リボンバーナの１つ以上のポート５１０のそれぞれによって支持されている１つ以上の火炎５２０の騒音特性を減少させる方法を提供する。１つの代表的な実施形態では、本開示は、実際、リボンバーナヘッドアセンブリ５００の通路５１２を通常使用される長さを超えて大幅に延ばしている。こうした長さの増加は、通路５１２において発生する可燃性混合物の加熱を増大させることが確認されている。そのため、通路の加熱の増大は、予混合火炎の燃焼騒音が減衰される程度を増大させる。これは、部分的に増強された火炎安定性に起因し得る。ポートの長さ又は深さを増大させることは、通路内の予熱温度を増大させるように見えるが、その一方で、プレナム５０４の前に燃料／酸化剤混合物を予熱することは実質的に火炎の安定性を改善しないことが確認されている。本開示ではまた、リボンの熱伝導性の値を、いわゆる標準のリボンバーナヘッドアセンブリにおいて典型的に使用されているステンレス鋼リボンのものに対して高めることで、通路の熱を受動的に増大し得ることが確認されている。熱伝導性の値、又はそれらの組み合わせが高い材料の代表的なものとしては、銀、銅、及び金が挙げられる。予混合火炎の騒音を抑制、又は減衰するために必要な熱の量は、使用するリボンバーナ及びバーナの他の操作条件による。通路の受動加熱は、予混合火炎からの後向きの熱伝導を通じて発生し得る。受動加熱は、バーナの他の予混合火炎の対流加熱によっても生成され得る。本開示では、通路は、通路５１２内、又は通路５１２の隣に配置された加熱コイル５５０などの外的に制御された発熱体によって能動的に加熱できると想定している。他の外的に制御された加熱アプローチも採用することができる。

以下の実験データは、以下の表１〜４に示されている。これらの例は、通路の長さを増大させることによって、リボンバーナヘッドアセンブリ５００の通路の温度を増大させることが、火炎の騒音特性の減少に及ぼす劇的な効果を示している。指摘されることとして、表２〜４で評価されたバーナは、リボンバーナヘッドアセンブリが、それぞれのポートに関して異なる深さ（例えば、通路の長さ）を有しているという点で、基本的に異なる。表２〜４で使用されている指定値のキーは表１の通りで、左列の数値が実験的に誘導された様々な騒音レベルに対応するが、「出」の用語はバーナがバッキングロールに衝突するのではなく、空気に向けて発火（ｆｉｒｉｎｇ）していることを指す。

それぞれの評価に共通の実験条件は、１）３０ｃｍ（１２インチ）長のリボンバーナヘッドアセンブリが、水で１２〜１４℃に冷却されたアルミニウム製ハウジング内に保持され、２）バーナが、水で２５℃に維持され５０ｍ／分相当のライン速度で回転している、水で冷却されたクロムメッキの鉄製バッキングロールに向けて発火され（バッキングロールの表面にはポリマーフィルムは無し）、３）バーナギャップがアルミニウム製バーナハウジングの面からバッキングロール表面にかけて測定され（リボンの凹んだ表面とバッキングロールとの離隔距離は、測定されたバーナギャップより３ｍｍ大きい）、４）それぞれのデータポイントで、火炎当量比は０．９０〜１．０５と様々で（当量比はバーナがハウリングする傾向にはなんらの重要な影響も及ぼさなかった）、５）測定された酸素濃度［Ｏ_２］）は、酸化剤流（空気及び追加された酸素からなる）内の分子０_２の体積（モル）濃度であり、燃料をも含む全燃焼混合物内の濃度ではない。注意：８ポートのリボンバーナの通常の最大容量は、バーナの長さの２３００Ｗ／ｃｍである（２０，０００ＢＴＵ／ｈｒ−ｉｎ．）。

表２のデータは、先行技術の比較例を示す。表２は、深さ１．２５ｃｍのリボン有するリボンバーナヘッドアセンブリを備えるフリン８ポートアルミニウム製バーナを使った比較テストの結果を示している。このデータは先行技術の比較例を示す。この種のバーナは、典型的には高分子フィルムの穿孔を含む数多くの用途に使用される。実験結果は、このようなリボンバーナヘッドアセンブリではすさまじい音量のハウリングが発生する（「６」）、いくつかの状況が存在することを示唆している。典型的には、すさまじい音量のハウリングは、一定の条件、例えばバーナのフェイスからロールまでのギャップが約８及び１０ｍｍの値であり、より高い酸素濃度（例えば２７％）であり、並びに火炎力が約１４４２〜１７３１Ｗ／ｃｍ（１２，５００及び１５，０００ＢＴＵ／ｈｒ−ｉｎ）の範囲にある場合に発生した。許容できないハウリング（「４及び５」）も、高い酸素濃度（例えば２７％）であり、バーナのフェイスからロールまでのギャップが約１５ｍｍのときに発生した。驚くべきことに、許容可能なバーナのホイッスリング（「１」）は、バーナのフェイスからロールまでのギャップが、表２の同様のテストと比較して「出」のときに発生した。小さな典型的なハウリング（「３」）であり、過度にイライラしたり不快なものではないものは、より高い酸素濃度（例えば２７％）であり、更に火炎力が約１４４８Ｗ／ｃｍ（１２，５５０ＢＴＵ／ｈｒ−ｉｎ）〜約２３００Ｗ／ｃｍ（２０，０００ＢＴＵ／ｈｒ−ｉｎ）の範囲で発生した。

表３は、表２に使用されたものと同様のフリン８ポートアルミニウム製バーナに関して取得したデータで、主な違いはリボンバーナヘッドアセンブリが、深さ２．５０ｃｍのリボンを有している点である。これにより通路の長さが増大し、それに伴い通路内の加熱が増大した。表３の騒音特性が許容できない、又はすさまじい音量（例えば「６」）である稼動条件の範囲に関して、表３と表２の結果の比較では、深さ２．５０ｃｍのリボンの騒音特性は大幅に改善された（例えば「１」の範囲）。更に、表２でＷ／ｃｍが２１１１及び２３００（ＢＴＵ／ｈｒ−ｉｎ．が１８，３００及び２０，０００）の騒音レベルは、より短い通路では大幅に高い（表３に比較して）ことが観察された。更に、Ｗ／ｃｍが上記の２１１１及び２３００（上記のＢＴＵ／ｈｒ−ｉｎ．が１８，３００及び２０，０００より高い）より高い値では、バーナのフェイスからロールまでのギャップが「出」のときに（即ち、バッキングロールに火炎が衝突しない）騒音が大幅に減衰することが確認された。したがって、より長い通路での加熱の増大は、予混合火炎によって生成される騒音の減衰を大幅に増大させた。

表４は、表２に使用されたものと同様のフリン８ポートアルミニウム製バーナに関して収集したデータで、主な違いはリボンバーナヘッドアセンブリが深さ３．５０ｃｍのリボンを有している点である。このバーナは、単一のリボンアセンブリではなく、一緒に結合された２つのリボンアセンブリから作られたものである。それぞれのリボンアセンブリは約１．７５ｃｍの厚みを有した。ポートの深さの増大は、１．７５ｃｍのリボンバーナヘッドアセンブリを１．７５ｃｍ厚のリボンバーナヘッドアセンブリと組み合わせることで達成された。表４の騒音値は、表３及び表２のものよりも大幅に優れている。また、より長い通路では、バーナのファイルからロールまでのギャップが「出」の場合、騒音値は大幅に良くなった。

リボンバーナのリボン通路の長さが増大するほど、騒音の減衰度が高まることは明らかである。結果が改善された理由の１つは、より深いリボンの使用である。より長い通路は、燃料／空気ガスがリボンバーナヘッドアセンブリを通過する際に、可燃性混合物の予熱を増大させる。そのため、リボンバーナによって支持されている火炎の安定性が改善される可能性がある。上記の値の比較から、より長い通路が有益であることを示す傾向が存在することは明らかであり、別の言い方をすると、この結果は、より長い／より深いポートは、あらゆる条件のもとで、特に酸素の増強によって、より静かな火炎につながることを示している。より長いポートの「長さ」は、ガスがリボンを通過する際に可燃性混合物の予熱を増大させることによって、これらのリボンによって支持されている火炎の安定性を増強すると考えられる。

本開示では、１つ以上のバーナポートからの予混合火炎の不快な騒音の存在を修正するための方法を想定している。この点においては、ユーザーが予混合火炎の騒音レベルを決定することができる。これは、ユーザーの経験、又は騒音のレベルを測定する装置に基づいて行うことができる。ユーザーはその後、不快な騒音レベルと関連した１つ以上の通路のうち選ばれたものの温度を決定することができる。温度は任意の好適な方法で測定することができる。本発明では、予混合火炎の燃焼騒音レベルが減衰するような程度まで、１つ以上の通路の加熱を調整することを意図している。別の代表的な実地形態では、発熱体５５０によってなど、能動的に加熱することができる。例えば、電気抵抗熱によってプレナムを加熱することができる。別の方法としては、追加のリボンバーナヘッドアセンブリを加えることによってなどで、通路の長さを増大させることができる。

本開示は、リボンバーナヘッドアセンブリが、予混合火炎が発射されるポートで終端している通路の少なくとも１列を画定する、積み重ねられ波形化した複数のリボンを含む、リボンバーナヘッドアセンブリであって、改善が、それぞれの通路が約１．５ｃｍ〜約４ｃｍ以上の範囲の深さを有するようにポートの列を画定するリボンを含む、リボンバーナアセンブリを有するバーナを提供することは、理解されるであろう。

本開示は、火炎穿孔装置内の改善されたバーナを開示するが、本開示が予混合火炎を支持するポートを有するバーナから生成される予混合火炎の騒音を減衰することに広く関連していることは理解されるであろう。

したがって、ある装置内の物品を、この物品に機能を行うためにこの物品に結合されたリボンバーナによって提供される少なくとも１つの予混合火炎によって生成される熱によって加熱するプロセスが広く開示され、バーナは、予混合火炎が発射されるポートに向かって燃料／酸化剤混合物が流れる、少なくとも１つの通路を含み、この改善は、予混合火炎の燃焼騒音が減衰するような程度までこの１つの通路を加熱することを含む。前述のように、加熱は外部の熱源によって、通路の長さを延ばすことによって、又はバーナヘッドアセンブリの熱伝導性を変えることによって能動的に行うことができる。本開示で意図されていることは、物品に対して行われる機能であり、その機能は、プラスチックを含む材料の表面の修飾、加工、乾燥、エンボス加工、穿孔、洗浄、アニーリング、封止、ラミネート加工、殺菌、毛焼き、焙り焼き、気化、焼印、及びこれらの任意の組み合わせからなる機能の群である。

本開示はまた、バーナの１つ以上のポートによって支持されている火炎の騒音特性を制御するための方法を提供する。騒音減衰の効果に関する１つの説明は、これが、第１の場所Ｔ_１と第２の場所Ｔ_２との間の温度差（Ｔ_１−Ｔ_２）を制御することで達成されるということである。第１の場所Ｔ_１は予混合火炎５２０（熱い合成ガス内）のリーディングエッジ（即ち、先端）の中、又はそれを若干越えた所でよい。第１の場所Ｔ_１が火炎の場合、これは火炎の温度を測定するための便利な点であると考えられる。第２の場所Ｔ_２は、予混合火炎を生成している燃料／酸化剤混合物の未燃焼部分内であってよい。１つの代表的な実地形態では、第２の場所Ｔ_２は、理想的には、図５で示されているように、外部壁５４０の外部及びすぐ隣など、火炎のベースのすぐ隣にあるべきである。別の方法としては、第２の場所は、通路又はプレナムチャンバ５０４内の一定の場所を選択してもよい。

有意に、本開示は、火炎の騒音特性が、前述の第１の場所と第２の場所との間の温度差を制御することによって変更されることを認識していることである。これらの場所での温度の測定は、高温に好適な熱電対など、既知の技術を使用して達成することができる。更に有意に、前述の温度差を減少させることによって騒音減衰が達成されることが確認されている。したがって、バーナを加熱することで、第２の場所の温度が増大する。それに関連して、第１の場所と第２の場所との間の温度差が減少する。実際に、ハウリングは更に温度差を減少させることができる。１つの実施例では、ハウリング騒音は、場所Ｔ_１での温度が約２２００°Ｋと測定され、場所Ｔ_２での温度が５００°Ｋと測定された際に存在した。ハウリングは、場所Ｔ_２の温度が約５５０°Ｋに引き上げられ、その一方で、場所Ｔ_１の温度が実質的に一定であったときに、減少したか、又は除去された。他の温度の範囲も企図されている。

本開示のある態様は、火炎、特に予混合火炎の騒音特性を制御するための方法、システム、及び装置を実施することである。本開示の別の態様は、予混合火炎の騒音特性を除去する又は減少するための方法、システム、及び装置を実施することである。本開示の別の態様は、前述の事項をシンプルで、信頼性があり、かつ効率的なやり方で実施するための方法、システム、及び装置を実施することである。更に本開示の別の態様は、前述の事項を高度に経済的なやり方で実施するための方法、システム、及び装置を実施することである。

本明細書に記載の態様は、本開示の実施によって達成することができる態様のうちのわずかにすぎない。態様の上記の記載は、上記の態様を達成するために本開示を特定の方法においてのみ用いるべきであると示唆するものではない。上記の実施形態は特定のシーケンスにおいて達成されたものとして記載されており、操作のこのようなシーケンスは変化してもよく、かつなお本開示の範囲内にあることは理解されよう。

Claims (20)

1. 第１の場所と第２の場所との間の温度差を制御する工程を有し、前記第１の場所が火炎内又は、該火炎のリーディングエッジのすぐ隣にあり、前記第２の場所が前記火炎を生成している燃料／酸化剤混合物の未燃焼部分内にあることにより、前記火炎の騒音特性が前記温度差を制御することで変えられる、バーナの１つ以上のポートによって支持されている火炎の騒音特性を制御する方法。
2. 前記温度差が前記第２の場所に加熱を適用することで減少する、請求項１に記載の方法。
3. 適用される熱が受動熱である、請求項２に記載の方法。
4. 受動加熱が１つ以上の予混合火炎によって生成される、請求項３に記載の方法。
5. 受動加熱がそれぞれのポートによって支持されている予混合火炎の後向きの対流加熱によって生成される、請求項３に記載の方法。
6. 加熱が能動的に行われる、請求項１に記載の方法。
7. バーナの少なくとも１つのポートによって支持されている予混合火炎の温度差を制御する工程を有し、前記温度差が第１の場所と第２の場所との間で決定され、前記第１の場所が予混合火炎内又は、該火炎のリーディングエッジのすぐ隣にあり、前記第２の場所が、前記第１と第２の場所との間の前記温度差が減少するように、前記予混合火炎を生成している燃料／酸化剤混合物の未燃焼部分内にあることにより、前記ポート上で支持されている前記予混合火炎の騒音が減衰される、予混合火炎の騒音を減衰する方法。
8. バーナ本体において１つ以上の通路のそれぞれによって画定されているバーナポートから予混合火炎を生成する工程と、前記予混合火炎の燃焼騒音が減衰する程度まで、選ばれた通路を加熱する工程と、を有する、予混合火炎の燃焼騒音を減衰する方法。
9. 温度差が第２の場所に加熱を適用することで減少する、請求項８に記載の方法。
10. 適用される熱が受動熱である、請求項９に記載の方法。
11. 受動加熱が１つ以上の予混合火炎によって生成される、請求項１０に記載の方法。
12. 受動加熱がそれぞれのポートによって支持されている予混合火炎の後向きの対流加熱によって生成される、請求項１０に記載の方法。
13. 前記加熱が発熱体から熱を供給することで能動的に行われる、請求項８に記載の方法。
14. 予混合火炎の騒音レベルを決定する工程と、該騒音レベルに関連している１つ以上の通路から選ばれた通路の温度を決定する工程と、予混合火炎の燃焼騒音レベルが減衰する程度まで、１つ以上の通路の温度を調整する工程と、を有する、バーナ本体において１つ以上のそれぞれの通路によって画定された１つ以上のバーナポートからの予混合火炎の不快な騒音の存在を修正する方法。
15. 燃料／酸化剤混合物が、火炎が支持されているポートに流れるための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備え、
    該バーナ本体が、未燃焼部分と燃焼部分との間の温度差を変えるために、前記燃料混合物の前記燃焼部分に対して、前記混合物の前記未燃焼部分の温度を変える少なくとも１つの要素を含むことにより、前記火炎の騒音特性が変えられる、予混合火炎の騒音特性を制御する装置。
16. 前記バーナ本体が、前記燃料／酸化剤混合物の燃焼部分に対して、前記混合物の未燃焼部分の前記温度を増大させる少なくとも１つの要素を含む、請求項１５に記載の装置。
17. 燃料／酸化剤混合物が流れ、予混合火炎が支持されているポートに達するための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備え、
    該バーナ本体が、熱伝導性を有する材料から作られた少なくとも１つの要素と、前記予混合火炎の燃焼騒音を減衰させる程度まで、少なくとも前記予混合火炎によって生成された受動熱が１つの前記通路を加熱するように、少なくとも１つの前記通路の長さを画定する部分と、を含む、予混合火炎の燃焼騒音を減衰する装置。
18. 燃料／酸化剤混合物が流れ、予混合火炎が発射されるポートに達するための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を備え、
    該バーナ本体が、予混合火炎の燃焼騒音を減衰させる程度まで、１つの前記通路を能動的に加熱することができる少なくとも１つの要素を含む、予混合火炎の燃焼騒音を減衰する装置。
19. フレームと、穿孔されるフィルムを支持するために前記フレームに取り付けられた支持表面と、前記支持表面の反対側のフレームに取り付けられ、燃料／酸化剤混合物の燃焼によって生成される予混合火炎を支持するバーナと、該バーナに接続されるバーナパイプと、該バーナパイプに連結される前記燃料／酸化剤混合物の供給源と、を備え、
    前記バーナが、前記燃料／酸化剤混合物が流れ、予混合火炎が支持されているポートに達するための少なくとも１つの通路を有するバーナ本体を有し、
    該バーナ本体が、熱伝導性を有する材料から作られた少なくとも１つの要素と、前記予混合火炎の燃焼騒音を減衰させる程度まで、少なくとも前記予混合火炎によって生成された受動熱が１つの前記通路を加熱するように、少なくとも１つの前記通路の長さを画定する部分と、を含む、火炎穿孔フィルム用の装置。
20. リボンバーナヘッドアセンブリが、予混合火炎が支持されているポートで終端している通路の少なくとも１列を画定する、積み重ねられ波形化した複数のリボンを含む、リボンバーナヘッドアセンブリを有するリボンバーナであって、
    改善が、それぞれの通路が約１．５ｃｍ以上の範囲の深さを有するように前記ポートの列を画定する前記リボンを含む、リボンバーナヘッドアセンブリを有するリボンバーナ。

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