JPS62501487A - 可燃混合ガスを混合する混合装置 - 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】 可燃混合ガスを混合する混合装置 従来技術 本発明は、特許請求の範囲第１項の前文に記載した混合装置に関する。このよう な混合装置を備えた工作物を熱パリ取りする装置では、例えば水素と酸素が貯蔵 部から圧力シリンダーに入れられ、その後ガス注入ピストンにより１００バール まで高圧圧縮され、混合部を通って熱パリ取りすべき工作物を収納した、気密に 閉鎖された燃焼室に押し出される。混合ガスを点火すると爆発性の燃焼が生じる 。その場合短時間的に数千℃の温度が発生し、好ましくないパリが溶かし除かれ 、ないしは酸素過剰のもとに焼き払われる。

爆発燃焼時に発生する高圧と高温はガス注入装置から隔離しなければならず、そ のために混合装置のガス供給孔に燃焼工程昨冬孔を気密に閉鎖する弁が設けられ る。これに関連し、従来の弁装置では、注入し、燃焼すべき混合ガスの各成分を 導くガス供給孔に弁棒が摺動自在に配置される。この弁棒は、その一方の端部位 置では混合点火通路を介してガスを燃焼室に流入させ、また他方の端部位置では 対応して設定された外部圧力により、燃焼時発生する圧力に抗して、球状の弁の 面を弁座に押圧させることによりガスの流れを遮断する。弁に大きな負荷がかか ることにより、長期間にわたり確実な駆動特性を持つような設計であっても、従 来の構造ではこれまで解決できなかった問題点が発生する。特に、弁座に汚れが つくことにより父密性がなくなり、それが大きな熱負荷によって増大され、弁を 使用不可能に１．てしまフ、通常このような’ＡＭでは多くの弁、すなわちガス 供給孔に配置された主弁ならびにガス供給孔から出て外部に導く孔に配置され、 点火ミス等の時混合ガスを排気させる、少なくとも１つの排気弁など多くの弁が 設けられる。

これに対し、混合装置の混合点火通路と弁間に充分な長さの孔を設け、それ単独 では燃焼できない孔中に存在するガス成分の容積を充分なものとして保護層を形 成し２、それにより弁を熱的に絶縁して点火した混合ガスの爆発圧を弾性的に吸 収することにより弁を保護することが試みられてきた。しかし実際上、このよう なガス管は全ての場合において弁の耐用年数に不利に作用する要素（圧力、温度 、不純物）を弁から完全に除去するのに充分でないことが判明している。さらに ドイツ特許公開公報第２４４００４１号からガス管に代え、弁を保護するのに液 管を用いる方法が知られている。ガス供給孔は１通路を介して弁収納孔と接続さ れ、その場合通路ならびに弁の孔には他の弁を介して不燃性で燃焼ガスに対しほ ぼ中性な液体が満たされる。このような液管は、弁の熱的な過負荷に対して有効 な保護手段となる。というのは液体は混合ガス点火時瞬間的に発生する高温を自 己加熱により吸収するからである。しかし、このような方法は、混合ガスの爆発 によって発生する高圧を弁から隔離させるには、液体が体積を持つことにより適 当なものではない、さらにそのような混合装置は、液管のない同様な混合装置に 比較して製造時顕著に複雑なものとなり、また高価なものとなる。

発明の利点 これに対し、請求の範囲第１項の特徴部分に記載した発明による混合装置では、 ガス供給孔に設けられる主弁、ならびに場合によって排気弁が熱的な負荷に対し てだけでなく、不純物ならびに高圧に対しても最適に保護され、その結果耐用年 数が非常に長くなるという利点が得られる。混合点火通路に配置された補助弁に よって主弁ならびに排気弁が「熱領域」から分離される。すなわち補助弁は混合 ガス点火時に発生する爆発圧、逆流する熱ガスならびにそれによって引き裂かれ た燃焼残りカスを遮断し、主弁ならびに排気弁から隔離する。主弁と補助弁間の 空間には燃焼しない僅かのガス量のみが残留する。主弁の閉鎖力は従来の混合装 置に比較して極めて低いものにすることができる。というのは、混合ガス点火後 の大きな爆発圧をくい市めるのではなく、単に燃焼室の充填圧を受けるようにす ればよいだけだからである。

従属項に記載された手段によって、請求の範囲第１項に記載した混合装置の好ま しい変形ならびに改良が可能になる。

補助弁は簡単に交換可能な構造部として、混合点火通路を閉鎖する閉鎖栓として 用いられる嵌着部材内に配置させることができる。補助弁としては、好ましくは ナトリウム冷却を設けた、あるいは設けない市販のポペット弁が用いられる。さ らに補助弁を保護するために、好ましくは混合点火通路において補助弁と点火部 間に配置されたガスせき止め部が設けられる・このガスせき止め部によって逆流 する熱ガスならびに不純物をもった燃焼圧力波が緩衝されるので、補助弁は弁と ガスせき止め部間の比較的僅かのガス量の燃焼によって発生する温度のみにさら されることになる。混合装置、特に補助弁の弁座望域に冷却手段の孔を設けるこ とにより補助弁の熱的な負荷をさらに軽減させることができる。

図　面 他の特徴は、図面に図示した実施例に基づき行なわれる以下の説明から明らかに なる。第１図は工作物の熱パリ取りを行なう従来の装置を示した概略図であり、 第２図は本発明に従って形成された混合装置の主要部の縦断面図である。

実施例の説明 第１図には、符号ｌで工作物加工室が図示されており、この加工室はパリ取りが 行なわれる工作物３が配置された燃焼室２を有する。工作物は二重矢印＆Ｉ！４ の方向に移動可部な円盤５上に載置され、この円盤は、充填ならびにパリ取り工 程が開始される前に工作物加工室ｌの底面に配置され、燃焼室２を気密に閉鎖す る０円盤５と底面間にはシール６が設けられる。

燃焼ガス、酸素混合気の各成分は、燃焼ガス用の調量シリンダ７ないし酸素用の 調量シリンダ８を介し、それぞれガス注入ピストン９．ｌＯにより混合装置１１ に送られる。ピストン９．１０は結合部材１２により互いに結合されるので、結 合部材１２に作用する力により同じ力のストロークの移動が行なわれる。またガ ス注入ピストンの結合に対し油圧的な結合を用いた装置も知られている。酸素調 量シリンダ８は、燃焼ガスの調量シリンダ７よりも大きな体積を有するので、シ リンダ８の充填圧が同じな場合より大きな酸素量が存在する。標準混合気として は、酸素量が０〜１００％の混合気が考えられる。その場合燃焼ガスとして水素 、天然ガスないしメタンが用いられる。

調量シリンダ７．８は耐圧バイブ１３，１４を介し、堅牢なブロックから構成さ れる装置 ブ１３，１４は、それぞれ混合装置１ｌの接続孔１５ないし１６に接続され，そ こからガス供給孔１７．１８に連通ずる。ガス供給孔１７．１８は、互いに直角 に配置された孔１９、２０から成る混合点火通路に連通ずる．この孔２０ならび に加工室１に形成された他の孔２ｌを介して可燃混合ガスが加工室の燃焼室２に 流入する．混合ガスを点火するために、混合部ａｌｌｌの嵌着部材２３に取り付 けられ、かつ孔２０に突出する点火プラグ２２が用いられる。点火プラグの代わ りにグローブラグあるいは他の適当な点火装ｔを用いることもできる．孔１５　 、１７ならびに１６．１８間にそれぞれ弁２４．２５ないし２６　、２７が設け られる．これらの弁は以下主弁と呼ばれ、この主弁はガス注入工程開始時バネ力 により開放され、ピストン９．１０がその最終位置に達し、シリンダ７．８にガ スが存在しなくなるガス注入終了時に再び閉じられる．バネの付勢力に抗して弁 を閉じ、また燃焼室２に存在する混合ガス爆発時その弁を閉じたままにするのは 好ましくは油圧力を用いて行なわれる．もう１つの弁２８。

２９が孔１９から続く排気孔３０に配置される．この弁はガス注入工程ならびに パリ取り工程の間閉鎖される。この弁は加工室を排気し、存在する過圧を崩壊さ せる特に開放される。

この装置は次のような動作をする。燃焼ガスならびに酸素がバイブ３１．３２を 介し，例えば５バールの圧力でシリンダ７，８に入れられる，シリンダが充填さ れると注入ピストン９，１０が移動し、ガスが混合装置を介１７工作物加工室ｌ の燃焼室に移動する．＋．の場合ガスはいわゆる加工充填圧に圧縮される。充填 圧は使用する燃焼ガスならびに加工すべき工作物の材料に従い１００パールまで に達する。混合装置１１の孔１９．２０において両ガス（酸素と燃焼ガス）は互 いに混合される。充填工程が終了すると弁２４．２’５ならびに２６．２７が閉 じ，続いて混合ガスが点火プラグ２０により点火される。炎の前面は孔２１を介 し燃焼室２に伝播する．爆発時燃焼室には瞬間的に１７００バールの圧力と３５ ００℃程度の温度が発生ずる。混合部ｔの種々の孔は高温の燃焼ガスの弁への流 入口となるので，混合装置の弁２４，２５。

２６、２７ならびに２８　、　２９も高圧と高温にさらされる。

弁座は燃えてしまうので，ガス供給孔１７．１８ならびに排気孔３０の気密性は もはや保証されなくなる。

主弁ならびに排気弁をこのような負荷から保護し，その寿命を高めるために、第 ２図に図示１，た混合装置４０では弁を高温および高圧から遮断する手段が設け られる．具体的には、混合装置４０は２つの互いに堅固に結合された混合部４０ ａ，４０ｂから構成される。左側の部分は酸素ならびに燃焼ガス用の接続孔４１ ．４２ならびにガス供給孔４３。

４４を有する．孔４３．４４は，ねじ栓４５により閉じられる袋穴から構成され る．接続孔４１は、ガス供給孔４３に連通ずる複数の段部を設けた弁孔４６に導 かれる．孔４６には弁棒４８を案内する案内スリーブ４７が配置され、弁棒の半 球状に形成された端部４９は弁座として機能するスリーブ５０と協働する．弁棒 は弁を開放位置に保持しようとするバネ５ｌに支持される。バネ５１に打ち克つ 、弁を閉じさせる力は、不図示の油圧装器により作られる。

燃焼ガスを供給する孔４２　、４４間にも同じ弁装置が取り付けられるが、これ に関しては明瞭にするために弁棒５２と開放用バネ５３のみが図示されている。

ガス供給孔４４から、同様に弁を有する排気孔５４が導かれる．この弁の弁棒は ５５で、またそれに関連した開放用バネは５６で図示されている。排気弁はガス 注入時ならびにパリ取り時閉じられる。この弁は必要時、圧縮混合ガスを除去し 、燃焼室圧力と外圧間の圧力を均衡させる時のみ開放される。

両生弁４８，４９．５０や５１．５２間において、混合部４０ａの複数の段部の ある長穴５７内に長穴５７の一方側を閉じる円筒状の嵌着部材５８が設けられる 。ご、の長穴５７の大径部分にはネジ部が設けられ、そこに嵌着部材５８がねじ こまれる．この嵌着部材の混合装置の内面に向いた端部には、孔壁に嵌着された スリーブ６０に当接する突出部５９が設Ｌｔられる．さらに嵌着部材には突出部 ５９の望誠に内部孔６ｌが形成ざれ、そこから２つの側部孔６２　、６：３が導 かれる．このうち孔６２によってガス供給孔４３との接続が、また孔６３によっ てガス供給孔４４との接続が行なわれる。

嵌着部材５８内に補助弁の弁棒６４が導かれ、そのブを棒の皿状部６５は弁座と して４ｉ１爺ずるスリーブ６０と協働する。

弁棒６４の自由端には結合スリーブ６６が固定され、ここにバネ６７が取り付け られる。このバネは，補助弁を図示した閉鎖位置で皿状部６５が気密にスリーブ ６０に当接する位置に保持させる。補助弁は両生弁と同期して制御される．すな わち、全ての３つの弁はガス注入工程時開放され、ガス注入終了後混合ガスの点 火前に閉じられる。

嵌着部材５８を収納する長穴５７に孔６８が連通し．この孔６８は混合装置４０ の混合部４０ｂに形成された段つき長穴６９に連通ずる。この長穴の大きな径を 有する部分に、ガスせき止め部７０が収納される．このせき止め部は、本実施例 ではスリーブ７ｙ−とこれに溶着された堅固な円筒体７２から構成される。円筒 体の周囲にはガス案内路として機能する溝７３　、７４が設けられ、そのうち互 いに平行な溝７３は円筒体の周囲に沿ってリング状にのび、また溝７４によって 溝７３間の接続が行なわれる９円部体７２は孔６８と孔６８の反対側の端部に中 心孔７５を有１，、この中心孔に長穴６９の小径部分が続く．この小径部分に点 火プラグ７６が突出し、その点火プラグ用に混合装置４０の配合部４０ｂに孔７ ７が形成される．孔７７は点火プラグにはまる着座部として機能するスリーブ７ ８ならびにこの着座部に点火プラグを押圧するネジソケット７９を有する。

孔６１．６８，６９．７５ならびに溝７３．７４は主弁ならびに補助弁が開放し た場合、孔４１，４６，４３．６２ないし４２，４４．６３を通って流入するガ ス成分の混合点火通路を形成する。この場合ガス成分は嵌着部材５８の孔６１な らびにそれに続く混合装置４０の混合部４．　Ｏａ内の孔６８において最初の混 合が行なわれる。ガスせき止め部７０において溝７３．７４におけるガスの変位 ならびに渦形成により混合が改善されるので、点火プラグ７６の領域では、良好 なパリ取り結果を保証する点火可能な混合ガスが得られる。

ガス注入工程時、ガス成分を静的に混合する上述した機能の他にガスせき止め部 は、燃焼室において混合ガスが爆発した後補助弁部分６０．６５の領域において 燃焼室から来る高圧熱ガスの逆流を方向転換させることにより遮断し、それによ って弁に対して熱ならびに圧力により過剰な負荷がかかるのを防止するという、 他の重要な機能をも実現している。弁の皿状部６５ならびに弁座６０には、孔６ ８における比較的僅かのガス量の燃焼により発生する温度のみが存在する。

嵌着部材５８により形成された孔６１は、パリ取り工程中補助弁により孔６８に 対して遮断されるので、そこに存在する僅かで最小の混合ガス量は燃焼すること ができなくなる。

その結果ガス供給孔４３．４４に配設された主弁ならびに排気弁は、パリ取り工 程時発生するあらゆる負荷に対して最適に保護され、交換する必要性は極めて積 なものとなる。またいくらか強度に負荷を受けた補助弁の交換は比較的簡単で、 ２つの主弁ならびに排気弁を同時に交換するよりもコストは僅かなものとなる。

補助弁の熱的な負荷を軽減させる他の−ｆ段として、弁座の領域において補助弁 を冷却するようにすることもできる。このために混合部ｆｆ１４０の混合部４０ ａに液体を導く孔８０が設けられる。さらに熱放出が大きな、市販されているナ トリウムで満たされた弁を用いるようにすることもできる。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　τＦ、Ｅ　ＩＮＴＥＲＮＡＴｌｉＯＮ八Ｌ　５ＥＡＲＣ！（ へ　ＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも、２成分から成る可燃混合ガスを混合し、混合ガスを点火するこ とにより生じる温度、圧力衝撃により材料処理、特に熱バリ取りする混合装置で 、各ガス成分を導き．混合点火通路に連通するガス供給孔と、各ガス供給孔に設 けられ、ガス成分を混合点火通路に通し、燃焼工程時ガス供給孔を気密に閉鎖す る主弁とを備えた可燃混合ガスの混合装置において、混合ガスの点火部（７６） とガス供給孔（４３，４４）が混合点火通路（６１，６８，６９，７３，７４， ７５）と連通するところとの間に、ガス供給孔に設けられた主弁（４８，４９， ５０，５１ないし５２、５３）と同期して制御される補助弁（６０，６４，６５ ，６６，６７）を配置したことを特徴とする可燃混合ガスの混合装置。 ２）前記補助弁（６０，６４，６５，６６，６７）は、混合点火通路（６１，６ ８，６９，７３，７４，７５）を閉鎖する閉鎖栓として用いられる嵌着部材（５ ８）内に配置される請求の範囲第１項に記載の混合装置。 ３）前記嵌着部材（５８）は、ガス供給孔（４３，４４）方向に開放し、かつ混 合点火通路（６１，６８，６９，７３，７４，７５）と連通する中心孔（６１） を有し、この孔が補助弁（６０，６４，６５，６６，６７）により閉鎖される請 求の範囲第２項に記載の混合装置。 ４）前記補助弁（６０，６４，６５，６６，６７）はポペット弁として構成され る請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載の混合装置。 ５）前記混合点火通路（６１，６８，６９，７３，７４，７５）は補助弁（６０ ，６４，６５，６６，６７）と点火部（７６）間に配置されたガスせき止め部（ ７０）を有する請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の混合装 置。 ８）前記ガスせき止め部（７０）は混合点火通路（６１，６８．６９，７３，７ ４，７５）に属する混合装置（４０）の長穴（６９）に着座する嵌着部材（７２ ）として構成される請求の範囲第５項に記載の混合装置。 ７）前記混合装置（４０）は、特に補助弁（６０，６４，６５，６６，６７）の 弁座（６０）の領域に冷却水用の孔（８０）を有する請求の範囲第１項から第６ 項までのいずれか１項に記載の混合装置。