JPS5833448B2 - ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば物品を加熱するための手持ち形加熱ガ
ンに使用する様な、バーナに使用し得、又は炉用バーナ
としても使用し得る形のフレームノズルに関する。

従来、ガス状燃料をノズルの一端の、その出口で燃焼さ
せる様に設計されたノズルが提供されるのが実情であっ
た。

この種のノズルからの焔は主として前進速度なしに大気
圧内で自由燃焼をしているため、その流路内に尾を曳か
ず、そのノズル出口に明確な形状を作らないため、焔の
ふれが生ずる。

この種の既知のノズルによる焔は非常に厄介な悪い、低
速の焔である。

又、ある場合、焔が、その端部でなくノズル内で燃焼を
始めることがあり、ノズル本体は間もなく過熱状態とな
る。

これはＬＰＧと空気の場合、ノズル内のその燃焼温度が
約１６５０℃（３０００’Ｆ）以上になる事からして当
然の所である。

然しこの場合、このノズル内での燃焼は焔に、これがノ
ズルから出る所で、良好な形をあたえ、又、そこで焔が
前方への速度を有すると云うことが観察されている。

上述の観察から見られる所から、発明者はより良い焔の
形状と焔の速度を助長すると共に焔がノズル出口で燃焼
している所の従来のノズルに比較して動作時に熱くなら
ない様になし得る様な、ノズル内で燃焼が行われる所の
ノズルを設計した。

本発明に成るノズルは実験の結果上述の動作基準を達成
する結果となった。

更に、適当に寸法を定めることにより、燃料の殆んど完
全な燃焼が達成され得る。

概括すれば、このノズルは、その中でガス状燃料の燃焼
が行われる所のノズルを有し、前記ノズルは管状体部分
と、その内部に同軸状に設置された部分的に内部を限定
する案内子部分とを備え、上記管状体の一端は加圧ガス
状燃料源に接続に適する様になってむり、前記案内子ば
はマピラミッド状又は円錐状の形状でピラ□ツドの頂点
は前記管状体の前記一端を指向しており、ピラミッドの
基部の形状は管状体の内部断面形状と同様ではあるがピ
ラミッド基部の周辺とこれに隣接する管状体の内面間に
間隙が生ずる様にこれよりも小さく、この間隙を介して
はマ円筒形のガス状燃料流が通過し、その間隙の寸法り
は次式 で計算され、ここにＡは寸法りの間隙の面積、Ｌはガス
流内のガス状燃料の最内層の点火点からガス状燃料の最
外層が点火する点迄のノズル内のガス状燃料の通路長、
Ｆは焔の伝播速度、ＶｏばＡを単位時間内に通過するガ
ス状燃料の容積である。

以下、図面を参照して若干の実施例を説明する第１図を
参照すると、ノズル１は管状体２と案内子３を備える。

管状体２は尾部４を有し、これは加熱ガンの筒部５に接
続され、その中にはベンチュリ５ａが設置され、これに
よって供給源（図示せず）からジェット６を介して供給
されるガスから成る可燃ガス状燃料および供給ロアから
の空気は所定の速度に加速される。

案内子３は中空の端部開放形の大体において矩形断面の
ピラミッド形部材で、その頂点８と下流＼ に向いている開口端８ａを有する。

第１図ないし第３図に示す例では、管状体２および案内
子３の両者は夫々弧状部１２および１３で夫々接続され
た平行側部１０むよび１１の一対を有する。

案内子の側部１３間３よび側部１１間の角度は相違し、
側部１０（管状体の）間の角度は好捷しくは側部１１（
案内子の）間の角度より若干小さくし、同様に管状体の
側部１２間の角度は好昔しくは案内子の側部１３間の角
度より小さい。

管状体と案内子間の間隙りは大体においてその幅が一定
であるが、これは後記の様にして変え得る。

管状体出口の断面積は案内子の頂点８に近接する延長部
である尾部４の断面積（断面３−３での）に近い。

案内子３は管状体に固着している翼１８によって定位置
に保持されている。

この翼は間隙を通過する混合気体に乱流が耘こらない様
にできる丈は小さくする。

実用上の目的から点火用孔１４が案内子の基部近くに示
しである。

ノズル内のガスは孔１４に焔を置きノズル内のガス流の
速度が孔１４に設置した点火用焔をノズル内に引込むこ
とによって点火される。

この孔１４の位置に電極を置いた方式の電気火花発生器
も同様に使用し得る。

このノズルの動作は第１図を参照して充分に説明される
。

大気圧より大きな圧力にあるガスはジェット６からベン
チュリ内に導入され、ガスの速度のため、適当な寸法を
有する空気供給ロアを介して空気が引込捷れてガス対空
気比が所定の値となる。

ガスと空気の混合物はベンチュリ５ａで加速されて高速
度流として出てくる。

間隙りでの制限のため、断面積は尾部４の線３−３でそ
れより相当小さくなるので、Ｐで示した領域３よび案内
子周辺およびベンチュリ出口の下流で圧力増加がある。

ＰＫ釦ける圧力は大気圧より相当高い。Ｐにおける圧力
は、可燃混合気は間隙りを高速で通過し、間隙り通過后
の混合気は速度が落ち、その速度の低下程度は概ね間隙
りからの距離に比例する様になっている。

ガスの高速運動流が固体表面上を通過する場合でのガス
流は層流化し表面近くの層はその速度を、これより離れ
ている層に比較して長く保持する傾向があることは知ら
れている所である。

この現象は、本発明のノズルで、高速ガス状燃料層が管
状体の内面を擦過して管状体を低温に保つ作用をする。

従って管状体は、その中で１６５００Ｃ（３０００’Ｆ
）以上の温度で燃焼が起っているにも拘わらず、管状体
の殆んど出口近くでも接触し得る程低温に保たれる。

ノズル内のガス層は、これがノズル出口に近付くに従っ
てその速度が低下する。

速度が一番かくれるのは案内子の基部上を通過した所の
最内層である。

案内子の基部では乱流が生じ燃焼が始するのはこの領域
である。

燃焼はこの案内子の基部で断続し、パイロット焔となり
、これからガス層はその速度を減少するに従って点火さ
れる。

燃焼しているガスは非常に高温の燃焼済ガスを作り、こ
れは管状体の中心部に位置する。

燃焼済ガスは燃焼中ガスの領域で取囲１れる（第６図参
照）。

燃焼可能のガス層の厚さは、燃料層の順次の燃焼のため
管状体の出口に向って次第に減少する。

管状体の長さは燃料の最内層の点火点と燃料の最外層の
それとの間の距離に関係すると共に間隙を通過する燃料
の速度と燃焼伝播速度に関係する。

その配列は（好捷しい実施例では）最外層の燃焼が、こ
れが管状体出口に達した所で行われる様にする。

即ち、管状体の出口端は焔に露出されその温度にはマ等
しい温度に加熱される。

これより上流の、管状体上を通過する高速ガス層の冷却
作用により、管状体の高温出口端からの、管状体を作っ
ている材料を介しての熱の逆流伝導は存在しない。

好ｔしくは、ノズルのすべての部分、即ち管状体および
案内子はステンレス鋼製がよく、これらステンレス鋼は
その表面にわたってガスの自由な摩擦作用を受けない流
れが可能である様に高度に研磨する。

この事は乱流を生じる事による表面摩擦を減少すること
によって層流を作らせることとなる。

２つの翼１８も同様好１しくは高度に研磨したステンレ
ス鋼である。

上述の様な動作の結果、むよびノズル内の圧力上昇によ
り、ジェット作用が生じ、これによって焔と燃焼済ガス
とはノズル出口から高速で飛出すと共にノズル出口から
十数センチ（数インチ）の距離にわたって明確な形状を
保持する。

各部品の形状および配置は次の式から容易に決定される
。

即ちＬＦ Ｖ。

ここに、 Ｌ−直線距離（ガス状燃料の最内層の点火点から最外層
の点火点迄）。

この場合管状体出口として選定。

Ｄ−案内子周辺と隣接管状体内面間の直線距離（間隙）
（一定とする）（又最内層の点火点とされた点でのガス
状燃料流の厚さ）。

Ｖｏ−領域Ａを通過する燃料の容積、ノズル熱出力要求
量から定める。

Ｆ−使用するガス状燃料の焔伝播速度 Ａ二寸法幅りの間隙の面積 この式は以下の様に導出される。

所与のノズル特性からＶｏを選定する。

Ｆは既知でありＬと管状体の機械的内部寸法は要求に応
じて定める。

未知量は案内子の周辺の寸法でありこれは間隙りを定め
ることとなる。

本発明の特殊な実施例について述べる。

このノズルがＬＰＧガス用に設計され、第１図に示す加
熱ガンに設置されるものとして、その設計を次の様に行
う。

ＬＰＧガスは開孔寸法０．８８９ミＩＪ（０，０３５イ
ンチ）のジェット６を介して導入され、その圧力は３．
１１ ｋｇ／ｃｒｔｔ （４５ポンド／吋２）である。

この事は１時間当りＬＰＧガス２．３４′ｋｇ（５，２
５ポンド）の燃料消費量となる。

上記の割合いでのガス導入による孔７を介してのベンチ
ュリ内へ引込１れる空気は毎分６．１米３（２１，６吸
３ ）である。

ノズル内の焔の温度は約１６５０’Ｃ（３００００’Ｆ
）で、ノズル出口から４３ｃｒｒＬ（１８インチ）先は
３４４°Ｃ（６５０°Ｆ）、６１ｃＩｒＬ（２４インチ
）先は２８８°Ｃ（５５０°Ｆ）７６ｃｒｔｔ （３０
インチ）先は２２６°Ｃ（４４０°Ｆ）更に９１．５ｃ
ｒＩＬ（３６インチ）先は１８５８Ｃ（３６５°Ｆ）で
ある。

ノズルからの熱出力は約１１６０５７キロジユ一ル／時
（Ｉ１００ＯＯＢＴＵ／時）である。

上記の式を使用してのノズルの各部の寸法は、上記の特
性を持たせるためには下記の通りである。

Ｌ＝６７．４閣（２，３７５インチ） Ｄ二４．９８ｍｍ （０，１９６インチ）Ｖｏ ＝ ０
．６３９ ｍ”／分 Ｆ＝ １９３ｃＩｒＬ／秒

【図面の簡単な説明】

第１図は収縮包装プラスチックフィルムの加熱用の加熱
ガンの筒部内に一体として組込１れた代表的なノズルの
縦断面であり、第２図および第３図は第１図の線２−２
および３−３によって作った断面図を夫々示し、第４図
は本発明の他の実施例の一端部を示すものであり、第５
図および第６図は動作時ノズル中での燃焼前のガス状燃
料の流れ釦よび焔の形成状況を示す。 ２：管状体、３：案内子、８：案内子頂点、Ｄ：間隙、
１４：点火用媒体導入部材（管状体貫通孔）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管状体と、該体の内部にこれと同軸状に配設された
   案内子とを有し、前記管状体の一端は加圧ガス状燃料源
   に接続可能となってあ一す、前記案内子はその頂点が前
   記管状体の一端に向いた概ねピラミッド状又は円錐状の
   形状を有し、前記ピラミッドの基部は前記管状体の内部
   断面形状と類似してこれより若干小さくピラミッド基部
   とこれと隣接する管状体の内面との間に間隙を設は前記
   間隙を介して概ね管状のガス状燃料流が通過する如くな
   り前記間隙の寸法は次式 （ここに、Ａは寸法りの間隙の面積、Ｌはガス流の最内
   層の点火点からガス状燃料の最外層が点火する点間のガ
   ス状燃料の移動距離、 Ｆは焔の伝播速度 ＶｏはＡを通過する単位時間当りのガス状燃料の容積 を夫々示す。 ）によって計算される所の、ガス状燃料の燃焼がその中
   で生ずる所のノズル。 ２ 前記管状体と前記案内子は円形断面を有する所の特
   許請求の範囲第１項に記載のノズル。 ３ 前記案内子は中空でその基部は開口している所の特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載のノズル。 ４ 燃料の最内層近くに前記案内子の基部に近接した位
   置にありノズル内側のガス状燃料内に点火用媒体を導入
   する部材を有する所の特許請求の範囲第１項ないし第３
   項のいずれかに記載のノズル。 ５ 前記点火媒体を導入する部材は点火用焔を管状体内
   に導入するために管状体を貫通する孔である所の特許請
   求の範囲第４項に記載のノズル。 ６ 前記ガス状燃料を点火する部材は管状体内に設けら
   れた電極にして前記電極から火花放電が発生する所の特
   許請求の範囲第４項に記載の装置。 ７ ガスと空気用の混合、加速用部材を組み合わせて戒
   る前記特許請求の範囲各項のいずれかに記載のノズル。