JP2020524257A - バッフル組立体及びバッフル組立体を有するバーナ組立体 - Google Patents

Abstract

バッフル組立体及びバッフル組立体を含むバーナ。バッフル組立体は、中心軸と内周面とを有するカラーを含む。複数の羽根がカラーの内周面に固定される。各羽根は中心軸に対して第１角度でカラーから延在する脚を含む。脚の第１角度は、バッフル組立体を通じて流体の流れに回転を与えるように構成される。衝突板が中心軸に対して第２角度で脚から延在する。第２角度は第１角度より大きい。

Description

本開示は概して、バッフル組立体、より具体的には、異なる空洞間を遷移する間の流体流への効果を修正するためのバッフル組立体に関し、これは、ガスバーナを含む様々な産業において用いられ得る。

様々な工具、システム、及び組立体は、流体又は気体混合物の供給を必要とする。例えば、ガスバーナは、他の燃料源もあるがとりわけアセチレン、天然ガス、及び／又はプロパンなど気体燃料を使用して製品を加熱するための炎を発生させるために用いられ、例えば、空気−ガス混合物がガスバーナ用の燃料として用いられる。ガスバーナ及び他の用途において、流体は異なる空洞間、例えば、大きさの異なる導管又はパイプ間、貯蔵タンク又は領域と導管又はパイプとの間を、くびれ又は入口などを通じて遷移する。流体力学の原理によると、異なる空洞、例えば、異なる大きさにされた空洞間を遷移することは、流体流の圧力、速度、及び他の特徴に影響を及ぼす可能性があることが一般に知られており、これは本明細書においては入口効果又は遷移効果と称する。さらに、流れは、遷移部から離れたいくらかの距離のところで安定している状態で、遷移部に近接する「入口長さ」に沿って入口効果を受ける。再度ガスバーナ（特に、バーナの長さに沿って炎が発生するように配置されたリボンバーナ）については、燃料入口からバーナ空洞内への遷移部により導入された入口効果は、燃料入口に近接して生じた炎の特性が、燃料入口からさらに離れた距離にある炎の特性と異なるという問題が生じることがある。

したがって、当該技術分野において、減少した距離において流体流の入口及び／又は遷移効果を修正するための、例えば、ガスバーナ及び他のシステムの動作を向上させる組立体が必要である。

本開示は、流体流の入口及び／又は遷移効果を修正するための、例えば、ガスバーナ及び他のシステムの動作を向上させるバッフル組立体を対象とするものである。
本明細書において説明されたバッフル組立体の実施形態の利点は、長さがコンパクトであるとともに、容易に取り替え可能であるという点である。別の利点は、容易に組み立てられるという点である。さらなる利点は、リボンバーナなどのバーナとともに使用される場合、炎の均一性を高めるという点である。

概して、一態様において、バッフル組立体が提供される。バッフル組立体は、中心軸と内周面とを有するカラーと、カラーの内周面に固定された複数の羽根であって、各羽根が、中心軸に対して第１角度でカラーから延在する脚であって、脚の第１角度がバッフル組立体を通じて流体の流れに回転を与えるように構成された脚と、中心軸に対して第２角度で脚から延在する衝突板であって、第２角度が第１角度より大きい衝突板とを含む複数の羽根とを含む。

一実施形態において、第２角度は、脚と衝突板との間で測定される第３角度から第１角度を差し引いたものとして定義される。一実施形態において、第１角度は５°〜３０°である。一実施形態において、第２角度は６０°〜１２０°である。一実施形態において、衝突板は、カラーを通る流れ面積の少なくとも８０％をブロックするのに十分な幅及び長さを有する。

一実施形態において、脚の長さはカラーの直径に略等しい。一実施形態において、各衝突板の第１長さは脚の第２長さの約２５％〜５０％に等しい。一実施形態において、バッフル組立体は、カラーの内面の周りに均等に間隔を空けて配された羽根の４つを含む。一実施形態において、カラーは円形の断面形状を有する。

概して、一態様において、バーナ組立体は、入口と、入口において、入口に、又は入口に近接して設置された請求項１に記載のバッフル組立体とを含む。一実施形態において、バーナ組立体はリボンバーナである。一実施形態において、入口は、バーナ本体の両側に位置付けられた第１入口と第２入口とを含む。

前述の概念及び以下でより詳細に検討される追加的な概念の全ての組合せは（そのような概念が互いに矛盾しない限り）、本明細書において開示された本発明の主題の一部である。特に、この開示の末尾にある特許請求された主題の全ての組合せは、本明細書において開示された本発明の主題の一部である。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載の実施形態から明らかとなる。
前述のことは、それぞれ異なる図を通じて同様の参照符号が同じ部品を指す添付図面に示されるとおり、本開示の例示的実施形態の以下のより具体的な説明から明らかとなる。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本開示の実施形態を説明することに重点が置かれる。

本開示の例示的実施形態によるバッフル組立体の斜視図である。 本開示の例示的実施形態による図１のバッフル組立体の組立の正面図である。 本開示の例示的実施形態による図１のバッフル組立体の組立の側面図である。 本開示の例示的実施形態によるリボンバーナの各端部に配置された図１のバッフル組立体の概略側面図である。

以下は本発明の例示的実施形態の説明である。
一実施形態によるバッフル組立体の斜視図が図１に示されている。図２Ａ及び２Ｂは、図１のバッフル組立体の組立のそれぞれの正面及び側面図である。以下の説明は図１〜２Ｂに基づくものである。

バッフル組立体１００は一般に、複数の羽根１０４が固定されたハブ又はカラー１０２を含む。以下でより詳細に説明されるように、バッフル組立体１００の羽根１０４は、流体の流れが、異なる大きさにされた、成形された、構築された、及び／又は方向付けられた流れ空洞間で遷移する際に流体流への入口効果及び／又は遷移効果を減少させるために配置される。例えば、バッフル組立体１００は、比較的大きい流れ断面積を有するパイプ又は空洞の、比較的小さい流れ断面積を有するパイプ又は空洞内への遷移部で、又は遷移部において、或いは遷移部の近くに位置付けられる。すなわち、バッフル組立体１００は、流体流のより均一な断面分布を作り出すために使用される。さらに、バッフル組立体１００は、流体流の速度を低下させることにより流体圧力の相対的上昇に対応するのに有用となり、このことはいくつもの用途において有利となる。本明細書において開示された実施形態により、当業者は、他の流体流空洞間の遷移部によってもたらされる望ましくない入口及び／又は遷移効果がバッフル組立体１００により軽減され得ることを認めるであろう。

カラー１０２は、例えば、１つ又は複数のパイプ、導管、ブッシング、空洞などにおいて、それらととともに、又はそれらの間に螺合するためにねじ山１０５（およそのねじ山寸法を示すために破線で概略的にのみ示されている）を有する短いパイプニップルであってもよく、又は短いパイプニップルを含んでもよい。このようにして、本明細書において検討されるように、バッフル組立体１００は２つの異なる流体流空洞間のインターフェイス又は遷移部に又はその近くに位置付けられる。例えば、図２Ｂに示されるとおり、ねじ山１０５は、テーパ管用ねじ山（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｉｐｅ Ｔｈｒｅａｄ Ｔａｐｅｒ（ＮＰＴ））規格など任意の望ましい仕様又は規格に従う。

図示の実施形態において、カラー１０２は実質的に円形の断面形状を有して示されているが、バッフル組立体１００が設置される特定のシステムによっては他の形状も用いられる。例えば、プレス嵌め、接着剤、締結具、又はいくつかの他の締結手段若しくは機構が、ねじ山１０５の代わりに使用される場合、他の形状、例えば、長方形、三角形、多角形などの形状が使用されてもよい。

図示の実施形態において、各羽根１０４は衝突板１０６と脚１０８とを含む。図示のとおり、バッフル組立体１００は、領域１１０の周りに均等に間隔を空けて配されるとともに、領域１１０でカラー１０２の内面１１２に固定された羽根１０４のうちの４つを含むが、他の数の羽根も用いられる。領域１１０での羽根１０４とカラー１０２との間の接続は、溶接、例えば、タック溶接、又は他の任意の方法を含むか、これらの方法により決められる。例えば、脚１０８の厚さｔより少しだけ小さい溝を内面１１２に切り込むことができ、脚１０８が溝に圧入される。当業者は他の固定のやり方、例えば、接着剤、クリップ、締結具などを認識するであろう。

脚１０８はカラー１０２から中心軸Ａに対して角度αで延在し、一方で、衝突板１０６は脚１０８に対して角度βで曲げられる。したがって、衝突板１０６は、（β−α）に等しい角度で中心軸Ａに対して配置される。各々が脚１０８の１つを角度αで有する、複数の円周方向に間隔を空けて配置された羽根１０４を使用することにより、脚１０８は、流体流がバッフル組立体１００を通過するときの流体流のらせん運動、回転、又はスピニングを誘発又は促進することができる。すなわち、（例えば、パイプ又は他の空洞を通って軸Ａに略平行に流れる）バッフル組立体１００に到達する流体流は、最初にカラー１０２を通過し、次いで、脚１０８にぶつかる。脚１０８の角度が付いている向きにより、流体流は中心軸Ａとの整列から外れるよう付勢される。すなわち、バッフル組立体１００を通って流れる流体のそれぞれの部分は、角度αで中心軸Ａから離れるように方向付けられる。

脚１０８の各々は、中心軸Ａに対して異なる方向に（各方向は、少なくとも部分的に半径方向外向きに向けられるが）流体流を付勢するように配置される。これによって、前述した流体流のらせん運動又は回転を促進する。一実施形態において、角度αは約５°〜３０°、より詳細には約１０°〜２０°である。有利には、これらの角度範囲は流れにおける回転又はらせん運動を促進し、一方で、残りの部分は中心軸Ａと実質的に軸方向に整列する。

流体流は継続すると、次に衝突板１０６にぶつかり、この衝突板１０６は中心軸Ａに実質的に垂直であり及び／又は直交している。例えば、角度βは９０°に略等しくてもよく、及び／又は、β−αの値（すなわち、中心軸Ａに対する衝突板１０６の角度）は、略９０度、例えば約１２０°〜６０°に等しくてもよい。このようにして、衝突板１０６にぶつかる流体流は、実質的に半径方向に（すなわち、中心軸Ａに垂直に）はるかにより鋭く付勢される。さらに、衝突板１０６は中心軸Ａに実質的に垂直である及び／又は直交しているため、流れが軸方向から半径方向へ方向転換される際に、衝突板１０６にぶつかる流れの速度は著しく低下する。

有利には、多くの用途において、速度の低下は圧力の上昇及びより短い入口長さ（この入口長さに沿って、流れは安定化する前に入口又は遷移効果を受ける）により達成される。前述した脚１０８により与えられたらせん運動又は回転と併せて、流れの分布（例えば、流れの混合）の均一さは、速度が低下する、圧力が上昇する、及び／又は入口長さが減少する一方で、維持される。

羽根１０４は、軟鋼又は弾力のあるプラスチック（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ ｐｌａｓｔｉｃ）など任意の好適な材料から作られる。羽根１０４の寸法は、上述の又は他の機能性を促進するために設定される。例えば、脚１０８は、十分な量のらせん運動を流体の流れに与えるのに好適な長さＬ１を有する。長さＬ１は、カラー１０２の大きさ、バッフル組立体１００の両側の流れ空洞の寸法又は構造の変化、流体の流れの粘度、速度、圧力、又は他の特性などの影響を受ける。一実施形態において、脚１０８の長さＬ１は、一実施形態における５０．８ｍｍ（２”）など、カラー１０２の直径に略等しい。

衝突板１０６は同様に長さＬ２を有し、長さＬ２は、実質的に軸方向（すなわち、軸Ａに平行）から実質的に垂直方向（すなわち、軸Ａに垂直）へ流れの向きを変えることを容易にするように設定される。一実施形態において、長さＬ２は長さＬ１及び／又はカラー１０２の直径のおよそ２５〜５０％である。例えば、一実施形態において、長さＬ２は１９．０５ｍｍ（３／４”）であってもよく、長さＬ１及び／又はカラー１０２の直径は５０．８ｍｍ（２”）であってもよい。

さらに、衝突板１０６は前述の機能性を支援するために幅Ｗを有してもよい。幅Ｗは、流体の流れを望ましい程度で適切にブロック又は妨げるのを支援するように設定される。例えば、流体の流れをより低い度合いで妨げるためにより小さい値の幅Ｗが使用され、それにより、幅Ｗについてより大きい値が使用された場合に比べるとより低い程度に、速度を低下させ、及び／又は、圧力を上昇させる。一実施形態において、長さＬ２及び幅Ｗは、カラー１０２を通る流れ面積の少なくとも大部分をブロックするように設定される。例えば、図２Ａに示されるように、衝突板１０６は、中心軸Ａ付近の小さい部分及び衝突板１０６の隣接する各組間の小さい部分を除いて、カラー１０２を通る流れ面積の実質的に全てをブロックする。一実施形態において、衝突板１０６は、カラー１０２の流れ面積の少なくとも約７５％をブロックするように寸法が設定される。

図３はバッフル組立体１００の１つの使用を示す。より詳細には、図３は、バッフル組立体１００を有するリボンバーナ１０を示す。リボンバーナ１０は、シーラス ヒート テクノロジー社（Ｓｅｌａｓ Ｈｅａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ）より商業的に利用可能なＥＲＢ ＱｕａｄＣｏｏｌリボンバーナの形をとり得る。リボンバーナ１０は、バーナ本体１２を含み、例えばこのバーナ本体１２は、バーナ本体１２の両側にある軸方向端部の一方又は両方に位置付けられる１つ又は複数の入口１４で流体流（例えば、ガス／空気混合物又は他の気体燃料）を受け入れるための空洞を画定する。入口１４を介してバーナ本体１２内へ注入される燃料混合物の使用により実質的にその長さ全体に沿って炎（例えば、「シート炎」）を生成するために、リボンパック１５が含まれ得る。

バッフル組立体１００は、ガス／空気混合物源と入口１４及び／又はバーナ本体１２の内部との間に、パイプなど燃料供給導管において又はそれに沿って固定される。例えば、燃料供給ラインのブッシング１６が図３に示されており、その中にバッフル組立体１００が挿入される。例えば、ブッシング１６は、ねじ山１０５に対応するねじ（例えば、雌ねじ）を含むことができ、及び／又は、その他の方法でその中にバッフル組立体１００のカラー１０２を受け入れるように配置される。

前述のように、入口１４（例えば、燃料供給ラインに対してバーナ本体１２の内部）の両側の流れ空洞は、流体流が入口１４を通って遷移する際に入口及び／又は遷移効果を受けるように、異なっていてもよい。例えば、入口１４は、ブッシング１６など供給ラインを通る流れ面積に対して比較的限定された流れ面積であっても、又はそのような流れ面積を含んでいてもよい。このようにして、バッフル組立体１００が無いと、流体がバーナ本体１２に入るときに流体の速度は上昇する傾向があり、圧力は低下する。圧力低下及び／又は他の入口効果の結果として、入口１４に近接したリボンバーナ１０により生じた炎は、入口に対して遠い位置、例えばバーナ１０の中心に向かう位置でバーナ１０により生じた炎よりあまり広がらないことがある。有利には、前述のとおり、バッフル組立体１００を入口１４の近く又は入口１４において位置付けることは、入口の入口長さ及び／又は遷移効果を減少させ、流体がバーナ本体に入るときに速度を低下させ、及び／又は流体の圧力を上昇させることができ、それにより、より均等で均一な炎をバーナ１０からその長さ全体にわたって生じさせる。当業者は、リボンバーナ１０はほんの一例であること、及びバッフル組立体１００は他の実施形態においても使用され得ることを認識するであろう。

いくつかの本発明の実施形態が本明細書において説明及び図示されたが、当業者は、当該機能を実施するため、並びに／又は、結果及び／若しくは本明細書において説明された利点の１つ若しくは複数を得るための様々な他の手段並びに／又は構造を容易に想像することができ、そのような変更形態及び／又は修正形態の各々は、本明細書において説明された本発明の実施形態の範囲にあるとみなされる。より一般的に、当業者は、本明細書において説明された全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示的なものであることを目的としていること、並びに実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、本発明の教示が使用される特定の１つ又は複数の用途に依存していることを容易に理解する。当業者は、通常の実験のみを使用して、本明細書において説明された特定の本発明の実施形態に対する多くの均等物を認める又は解明することができる。したがって、前述の実施形態は一例としてのみ提示されていること、並びに、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲において、本発明の実施形態は具体的に説明及び特許請求されたもの以外の方法でも実施され得ることが理解されるべきである。本開示の本発明の実施形態は、本明細書において説明された各独立した特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法を対象としている。加えて、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法の任意の組合せは、そのような特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法が互いに矛盾しない場合、本開示の本発明の範囲に含まれる。

Claims (12)

1. バッフル組立体であって、
   中心軸と内周面とを有するカラーと、
   前記カラーの内周面に固定された複数の羽根であって、各羽根が、
   前記中心軸に対して第１角度で前記カラーから延在する脚であって、脚の第１角度がバッフル組立体を通じて流体の流れに回転を与えるように構成された脚と、
   前記中心軸に対して第２角度で前記脚から延在する衝突板であって、第２角度が前記第１角度より大きい衝突板と、
   を含む複数の羽根と、を含む、バッフル組立体。
2. 前記第２角度が、前記脚と前記衝突板との間で測定される第３角度から前記第１角度を差し引いたものとして定義される、請求項１に記載のバッフル組立体。
3. 前記第１角度が５°〜３０°である、請求項１に記載のバッフル組立体。
4. 前記第２角度が６０°〜１２０°である、請求項１に記載のバッフル組立体。
5. 前記衝突板が、前記カラーを通る流れ面積の少なくとも８０％をブロックするのに十分な幅及び長さを有する、請求項１に記載のバッフル組立体。
6. 前記脚の長さが前記カラーの直径に略等しい、請求項１に記載のバッフル組立体。
7. 各衝突板の第１長さが前記脚の第２長さの約２５％〜５０％に等しい、請求項１に記載のバッフル組立体。
8. 前記カラーの内面の周りに均等に間隔を空けて配された前記羽根の４つを含む、請求項１に記載のバッフル組立体。
9. 前記カラーが円形の断面形状を有する、請求項１に記載のバッフル組立体。
10. 入口と、前記入口において、前記入口に、又は前記入口に近接して設置された請求項１に記載のバッフル組立体と、を有する、バーナ組立体。
11. 前記バーナ組立体がリボンバーナである、請求項１に記載のバーナ組立体。
12. 前記入口が、バーナ本体の両側に位置付けられた第１入口と第２入口とを含む、請求項１に記載のバーナ組立体。

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