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JP5854868B2 - Gas mixing / rectifying device and combustor using the gas mixing / rectifying device structure - Google Patents
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JP5854868B2 - Gas mixing / rectifying device and combustor using the gas mixing / rectifying device structure - Google Patents

Gas mixing / rectifying device and combustor using the gas mixing / rectifying device structure Download PDF

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Description

本発明は、2種類のガスを均一に混合し整流するガス混合・整流装置及びこのガス混合・整流装置構造を用い、微小火炎であるマイクロフレームを形成可能なバーナを複数備えた燃焼器に関する。   The present invention relates to a gas mixing / rectifying device that uniformly mixes and rectifies two types of gas, and a combustor including a plurality of burners that can form a micro flame that is a micro flame using the gas mixing / rectifying device structure.

従来より、予混合燃焼器などの燃焼装置、燃焼実験で用いる風洞などには、燃料ガスと大気、などの2種類のガスを混合するためのガス混合器が設けられている。このようなガス混合器として、例えば、ガスをノズルからベンチュリー管に噴出させ、大気を吸引混合するインジェクタや燃料ガスと大気とを一つのブロアで吸引、昇圧するプレミキサ混合器が用いられている(非特許文献1)。
また、ダクト内の流れを整流し一様流速を得る場合には、ノズルや多孔板を用いたガス整流装置が用いられている(例えば、特許文献1)。
Conventionally, a combustion apparatus such as a premixed combustor, a wind tunnel used in a combustion experiment, and the like have been provided with a gas mixer for mixing two types of gas such as fuel gas and air. As such a gas mixer, for example, an injector that jets gas from a nozzle to a Venturi tube, and a premixer mixer that sucks and pressurizes the atmosphere and the fuel gas and the atmosphere with a single blower are used ( Non-patent document 1).
Moreover, when the flow in the duct is rectified to obtain a uniform flow velocity, a gas rectifier using a nozzle or a perforated plate is used (for example, Patent Document 1).

特開平7−213857号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-213857

ガス燃焼の理論と実際、仲町一郎、庄司不二雄、省エネルギーセンター、1992、p.204−207Theory and practice of gas combustion, Ichiro Nakamachi, Fujio Shoji, Energy Conservation Center, 1992, p. 204-207

各種プラントなどのダクト内において、一様流速の任意組成の混合ガス流を得ようとする場合、または、予混合燃焼器を用いて一様流速の燃焼ガス流を得ようとする場合には、ガスを混合するためのガス混合装置と、一様流速を得るためのガス整流装置と、が必要であった。従来、これらを別々に用意する必要があったため、装置が複雑で大型化するという問題があった。
また、ノズルを用いたガス整流装置では、一様流速を得たい流路よりも大きな寸法の縮流ノズルを用いるため、ガス整流装置が大型化するという問題があった。
When trying to obtain a mixed gas flow of an arbitrary composition with a uniform flow rate in a duct of various plants, or when trying to obtain a combustion gas flow of a uniform flow rate using a premix combustor, A gas mixing device for mixing gases and a gas rectifying device for obtaining a uniform flow rate were required. Conventionally, since these had to be prepared separately, there was a problem that the apparatus was complicated and increased in size.
Moreover, in the gas rectifier using a nozzle, there is a problem that the gas rectifier is increased in size because a reduced flow nozzle having a size larger than that of a flow path for obtaining a uniform flow velocity is used.

そこで、本発明は、一台の装置で、2種類のガスを混合するとともに、一様流速を得るための整流が可能であり、小型化が可能なガス混合・整流装置を提供することを目的とする。
また、当該ガス混合・整流装置を用いて、火炎の分布に斑がなく、均一な面加熱が可能な燃焼器、または、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器、を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas mixing / rectifying device that can mix two types of gas with a single device and can perform rectification to obtain a uniform flow rate, and can be miniaturized. And
Further, by using the gas mixing / rectifying device, a combustor capable of uniform surface heating or a uniform flow velocity of combustion gas in a flow path without unevenness in the distribution of flames. , To provide.

本発明では、上記目的を実現するために、請求項1に記載の発明では、第1のガスを供給する第1のガス供給手段と、前記第1のガスと混合される第2のガスを供給する第2のガス供給手段と、前記第2のガスを先端から噴出させる管状の複数のガス供給管と、前記複数のガス供給管の外周面を囲んでそれぞれ配置され、前記第1のガスを噴出させる噴出部と、を備えたガス混合・整流装置であって、前記第1のガス供給手段は、扁平形状の第1のガス室と、前記第1のガス室の底面部に設けられた第1のガス供給口において前記第1のガス室と連通し、前記第1のガス室に第1のガスを供給する第1のガス供給部と、を備え、前記第2のガス供給手段は、扁平形状の第2のガス室と、第2のガス供給口において前記第2のガス室と連通し、前記第2のガス室に第2のガスを供給する第2のガス供給部と、を備え、前記第1のガス室及び前記第2のガス室は、前記複数のガス供給管を支持する隔壁部を介して積層形成されており、前記複数のガス供給管は、先端と反対側の他端が前記第2のガス室と連通し、前記第1のガス室の前記底面部と対向する上面部に設けられた複数の貫通穴から各先端が筐体の外部に突出し、前記噴出部が前記貫通穴の内縁と前記ガス供給管の外周面との間隙として形成されるように前記隔壁部に各々支持されており、前記第1のガス室を前記上面部側から平面視したときに、前記複数の噴出部からなる噴出部群に外接し面積が最小となる矩形状の面を想定し、この矩形状の面を有する直方体状のガス流入領域を前記第1のガス室の内部に設定し、第1のガス供給口側の辺を正面辺、正面辺に対向する辺を対向辺、正面辺と直交する2辺を側面辺とした場合に、前記底面部と前記上面部とを接続する前記第1のガス室の側壁部の内側には、前記第1のガス供給口に向かって突出して形成され、第1のガスを側方に分配する第1の突出部と、外方に凸になる曲面状に形成され、前記第1の突出部により分配された第1のガスを、前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するように案内する第1の案内部と、が形成されており、前記第1のガス供給口から噴出し、前記上面部に衝突した後に、正面辺、対向辺、側面辺の各辺側から前記ガス流入領域に流入する第1のガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるように構成されている、という技術的手段を用いる。 In the present invention, in order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first gas supply means for supplying the first gas and the second gas mixed with the first gas are provided. A second gas supply means for supplying, a plurality of tubular gas supply pipes for ejecting the second gas from the tip, and an outer peripheral surface of the plurality of gas supply pipes, each being disposed around the first gas; A gas mixing / rectifying device comprising: a first gas chamber having a flat shape; and a bottom surface portion of the first gas chamber. A first gas supply section that communicates with the first gas chamber at the first gas supply port and supplies the first gas to the first gas chamber, and the second gas supply means Is communicated with the second gas chamber in a flat shape and the second gas chamber at the second gas supply port, A second gas supply section for supplying a second gas to the second gas chamber, wherein the first gas chamber and the second gas chamber support the plurality of gas supply pipes. A plurality of gas supply pipes, wherein the other end opposite to the tip communicates with the second gas chamber, and the upper surface faces the bottom surface of the first gas chamber. From the plurality of through holes provided in the section, each tip projects to the outside of the housing, and the ejection section is formed as a gap between the inner edge of the through hole and the outer peripheral surface of the gas supply pipe. Assuming a rectangular surface that is respectively supported and circumscribes the ejection part group composed of the plurality of ejection parts and has a minimum area when the first gas chamber is viewed in plan from the upper surface part side, A rectangular parallelepiped gas inflow region having the rectangular surface is set inside the first gas chamber. When the side on the gas supply port side is the front side, the side facing the front side is the opposing side, and the two sides orthogonal to the front side are the side sides, the first side that connects the bottom surface part and the top surface part Inside the side wall portion of the gas chamber, a first protruding portion that protrudes toward the first gas supply port and distributes the first gas to the side, and a curved shape that protrudes outward. And a first guide part configured to guide the first gas distributed by the first projecting part so as to flow into the gas inflow region from the opposite side, and After ejecting from the first gas supply port and colliding with the upper surface portion, the flow rate of the first gas flowing into the gas inflow region from each side of the front side, the opposite side, and the side surface is the length of each side. The technical means of being distributed proportionally is used.

請求項1に記載の発明によれば、第1のガス室の底面部に設けられている第1のガス供給口から噴出し、一旦上面部に衝突して等方的に広がった第1のガスを第1のガス室の側壁部の内側に形成された第1の突出部により側方に分配し、外方に凸になる曲面状に形成された第1の案内部により第1の突出部により分配された第1のガスを、前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するように案内することにより、ガス流入領域の正面辺、対向辺、側面辺の各辺側から流入する第1のガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるようにすることができる。
これにより、第1のガスをガス流入領域に向かってむらのない速さ分布で流すことができ、貫通穴の内縁とガス供給管の外周面との間に形成される噴出部からそれぞれ第2のガスを噴出部の位置によるむらのない流量で噴出させることができるので、一様流速が得られるように整流することができる。
また、第1のガスを噴出させる噴出部は、第2のガスが噴出する複数のガス供給管に対応してそれぞれ設けられているため、第1のガスと第2のガスとが接触する界面を増大させることができるので、効率的に両者を混合することができる。
これにより、一台の装置で、2種類のガスを混合するとともに、一様流速を得るための整流が可能であるため、一様流速の任意組成の混合ガス流を得るためのガス混合・整流装置を小型化することができる。
According to the first aspect of the present invention, the first gas that is ejected from the first gas supply port provided in the bottom surface portion of the first gas chamber, is once collided with the top surface portion, and isotropically expanded. The gas is distributed laterally by a first protrusion formed inside the side wall of the first gas chamber, and the first protrusion is formed by a first guide formed in a curved shape protruding outward. By guiding the first gas distributed by the section so as to flow into the gas inflow region from the opposite side, the first gas flowing from each side of the front side, the opposite side, and the side surface of the gas inflow region The flow rate of one gas can be distributed in proportion to the length of each side.
As a result, the first gas can flow at a uniform speed distribution toward the gas inflow region, and the second gas can be supplied from the ejection portion formed between the inner edge of the through hole and the outer peripheral surface of the gas supply pipe. This gas can be ejected at a uniform flow rate depending on the position of the ejection portion, so that the gas can be rectified so as to obtain a uniform flow velocity.
Moreover, since the ejection part which ejects 1st gas is each provided corresponding to the several gas supply pipe | tube from which 2nd gas ejects, the interface which 1st gas and 2nd gas contact Therefore, both can be mixed efficiently.
As a result, two types of gas can be mixed and rectified to obtain a uniform flow rate with a single device. Therefore, gas mixing and rectification to obtain a mixed gas flow of an arbitrary composition with a uniform flow rate The apparatus can be miniaturized.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のガス混合・整流装置において、前記第1の突出部の先端は、尖った角状に形成されている、という技術的手段を用いる。 According to a second aspect of the present invention, in the gas mixing / rectifying device according to the first aspect, a technical means is used in which a tip of the first protrusion is formed in a sharp corner shape.

請求項2に記載の発明のように、前記第1の突出部の先端は、尖った角状に形成されているため、第1のガスが第1の突出部により第1のガス供給口側に反射することがなく、より効果的に側方に分配することができる。 Since the tip end of the first protrusion is formed in a sharp corner shape as in the invention described in claim 2, the first gas is supplied to the first gas supply port side by the first protrusion. It can be distributed more effectively to the side.

請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載のガス混合・整流装置において、前記噴出部群を先端方向から平面視した場合に、前記正面辺の両端部と前記第1のガス供給口とがなす角αに比例して分配されるガス流量が、前記正面辺の長さに比例したガス流量となるとともに、前記第1の突出部の両端部と前記第1のガス供給口とがなす角βに比例して分配されるガス流量が、前記対向辺の長さに比例したガス流量が前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するようなガス流量となるように、前記第1のガス供給口の位置が設定された、という技術的手段を用いる。 According to a third aspect of the present invention, in the gas mixing / rectifying device according to the first or second aspect, when the ejection portion group is viewed in a plan view from the front end direction, both end portions of the front side and the first portion The gas flow rate distributed in proportion to the angle α formed by the gas supply port becomes a gas flow rate proportional to the length of the front side, and both ends of the first protrusion and the first gas The gas flow rate distributed in proportion to the angle β formed by the supply port is such that the gas flow rate proportional to the length of the opposite side is such that the gas flow rate flows into the gas inflow region from the opposite side. The technical means that the position of the first gas supply port is set is used.

第1のガスは、第1のガス供給口から噴出し、一旦上面部に衝突して等方的に広がり、角α、βに比例してガス流量が分配されるので、請求項3に記載の発明のように、角αに比例して分配されるガス流量が、正面辺の長さに応じたガス流量となるとともに、角βに比例して分配されるガス流量が、対向辺の長さに応じたガス流量が対向辺側からガス流入領域に流入するようなガス流量となるように、第1のガス供給口の位置を設定することができる。これにより、第1のガスをガス流入領域に向かってむらのない速さ分布で流すことができる。 The first gas is ejected from the first gas supply port, once collides with the upper surface portion and isotropically spreads, and the gas flow rate is distributed in proportion to the angles α and β. As in the present invention, the gas flow rate distributed in proportion to the angle α becomes a gas flow rate corresponding to the length of the front side, and the gas flow rate distributed in proportion to the angle β is equal to the length of the opposite side. The position of the first gas supply port can be set so that the gas flow rate corresponding to the gas flow rate flows into the gas inflow region from the opposite side. As a result, the first gas can flow at a uniform speed distribution toward the gas inflow region.

請求項4に記載の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置において、前記対向辺及び側面辺が前記第1のガス室の側壁部とそれぞれ平行である場合、前記側面辺と側壁部との距離と前記対向辺と側壁部との距離との比が、前記側面辺の長さと前記対向辺の長さとの比と等しくなるように構成されている、という技術的手段を用いる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the gas mixing / rectifying device according to any one of the first to third aspects, the opposing side and the side are parallel to a side wall of the first gas chamber. The ratio between the distance between the side surface and the side wall and the distance between the opposite side and the side wall is equal to the ratio between the length of the side surface and the length of the facing side. Use technical means.

請求項4に記載の発明によれば、側面辺と側壁部との間のガス流路の幅と対向辺と側壁部との間のガス流路の幅とを、ガス流量に応じたものとすることができるので、よりむらのない速さ分布とすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the width of the gas flow path between the side surface and the side wall and the width of the gas flow path between the opposite side and the side wall are determined according to the gas flow rate. Therefore, the speed distribution can be made more uniform.

請求項5に記載の発明では、請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置において、前記ガス流入領域の対称軸上に前記第1のガス供給口及び前記第1の突出部が配置されており、前記第1のガス室が当該対称軸に対称となる形状に形成されている、という技術的手段を用いる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the gas mixing / rectifying device according to any one of the first to fourth aspects, the first gas supply port and the first gas supply port on the axis of symmetry of the gas inflow region. 1 is used, and the technical means that the first gas chamber is formed in a shape symmetric with respect to the symmetry axis is used.

請求項5に記載の発明によれば、第1のガスをガス流入領域の対称軸に対して対称性を保ったまま流すことができるので、第1のガスをガス流入領域に向かってよりむらのない速さ分布で流すことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the first gas can flow while maintaining symmetry with respect to the symmetry axis of the gas inflow region, the first gas is more uneven toward the gas inflow region. It is possible to flow with a speed distribution without any.

請求項6に記載の発明では、請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置において、前記第2のガス供給口は前記第2のガス室の底面部に設けられており、前記第2のガス室の側壁部の内側には、前記第2のガス供給口に向かって突出して形成され、第2のガスを側方に分配する第2の突出部と、外方に凸になる曲面状に形成され、前記第2の突出部により分配された第2のガスを前記第2のガス室内部の前記対向辺側に対応する位置から前記噴出部群に対応する位置に向かって流れるように案内する第2の案内部と、が形成されている、という技術的手段を用いる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the gas mixing / rectifying device according to any one of the first to fifth aspects, the second gas supply port is provided on a bottom surface portion of the second gas chamber. A second protrusion that is formed on the inner side of the side wall of the second gas chamber so as to protrude toward the second gas supply port and distributes the second gas to the side; A second gas distributed by the second projecting portion is formed in a curved shape that protrudes outward, and corresponds to the ejection portion group from a position corresponding to the opposite side of the second gas chamber. And a second guide portion that guides the flow toward the position to be formed is used.

請求項6に記載の発明のように、第2のガス室にも第1のガス室の第1の突出部及び第1の案内部に対応する第2の突出部及び第2の案内部を設けることにより、第2のガス室内において第2のガスをむらのない速さ分布で流すことができるため、各ガス供給管から第2のガスをよりむらのない速さで噴出させることができる。これにより、各ガス供給管と各噴出部とにおいて、第1のガス及び第2のガスのより均一な混合が可能となるため、好ましい。 As in the sixth aspect of the invention, the second gas chamber also includes a second protrusion and a second guide corresponding to the first protrusion and the first guide of the first gas chamber. By providing the second gas in the second gas chamber, the second gas can be flowed at a uniform speed distribution, so that the second gas can be ejected from each gas supply pipe at a more uniform speed. . Thereby, in each gas supply pipe | tube and each ejection part, since more uniform mixing of 1st gas and 2nd gas is attained, it is preferable.

請求項7に記載の発明では、燃焼器が、請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置において、前記ガス供給管を先端に半球状の微小火炎であるマイクロフレームを形成するバーナとし、前記第2のガスを燃料ガスとし、前記第1のガスを燃料ガスを燃焼させるための酸化剤ガスとして構成した、という技術的手段を用いる。 According to a seventh aspect of the present invention, the combustor is a gas mixing / rectifying device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the gas supply pipe is a hemispherical micro flame at the tip. A technical means is used in which the burner forms a frame, the second gas is a fuel gas, and the first gas is an oxidant gas for burning the fuel gas.

マイクロフレームアレイ型燃焼器は、面加熱に好適に用いることができるので、複数のバーナにより構成される燃焼部を大面積化することが望ましいが、燃焼部を大型化することにより、各ノズルにおける燃料ガス及び酸化剤ガスの流量にむらが生じ、火炎の消えや合体が生じるおそれがある。火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成するためには、各バーナから噴出する燃焼ガスと各バーナの周囲から供給される酸化剤ガスとがむらのない流量であることが必要となる。燃焼器のサイズは小型化の要請が高いため、燃焼器を大きくすることにより燃焼ガス及び酸化剤ガスの速さ分布を改善することは好ましくない。
請求項7に記載の発明のようにマイクロフレームアレイ型燃焼器を構成すると、各バーナ及び噴出部において、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれむらのない速さ分布で噴出させることができるため、燃焼部を大面積化しても火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成可能、つまり、火炎の分布に斑がなく、均一な面加熱が可能な燃焼器を小型に構成することができる。また、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器として構成することができる。
Since the micro flame array type combustor can be suitably used for surface heating, it is desirable to increase the area of the combustion part composed of a plurality of burners, but by increasing the size of the combustion part, There is a possibility that the flow rate of the fuel gas and the oxidant gas may be uneven, and the flame may disappear or coalesce. In order to form a micro flame without the disappearance and coalescence of the flame, it is necessary that the combustion gas ejected from each burner and the oxidant gas supplied from the periphery of each burner have a uniform flow rate. Since the size of the combustor is highly required to be reduced, it is not preferable to improve the speed distribution of the combustion gas and the oxidant gas by increasing the size of the combustor.
When the micro flame array type combustor is configured as in the invention described in claim 7, the fuel gas and the oxidant gas can be ejected at a uniform velocity distribution in each burner and the ejection portion. Even if the combustion area is enlarged, it is possible to form a micro flame that does not disappear or coalesce with a flame, that is, a combustor capable of uniform surface heating without any unevenness in the distribution of the flame can be configured. Moreover, it can comprise as a combustor which can supply the combustion gas of uniform flow velocity in a flow path.

燃焼器の斜視図である。It is a perspective view of a combustor. 図1のA−A矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 第1ガス室の構造を示す平面透視図である。It is a plane perspective view which shows the structure of a 1st gas chamber. 第2ガス室の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a 2nd gas chamber. 第1ガス室の変更例を示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows the example of a change of a 1st gas chamber. 数値流体解析における比較例のモデル形状を示す説明図である。図6(A)は平面透視図、図6(B)は側面透視図である。It is explanatory drawing which shows the model shape of the comparative example in a numerical fluid analysis. 6A is a plan perspective view, and FIG. 6B is a side perspective view. 数値流体解析による第1ガス室でのガスの流量分布の解析結果を示す説明図である。図7(A)は比較例の解析結果、図7(B)は実施例の解析結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the analysis result of the flow volume distribution of the gas in the 1st gas chamber by numerical fluid analysis. FIG. 7A is an explanatory diagram showing the analysis result of the comparative example, and FIG. 7B is an explanatory diagram showing the analysis result of the example.

(第1実施形態)
本発明のガス混合・整流装置について、図を参照して説明する。
(First embodiment)
The gas mixing / rectifying device of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、ガス混合・整流装置1は、筐体2として、上面部31bから複数のガス供給管51の先端がそれぞれ外部に突出する上部部材3と、下部部材4と、ガス供給管51を支持する隔壁部5と、混合されたガスが流通する混合ガス流通部6と、を備えている。ここで、図1においては、内部構造が明瞭となるように、混合ガス流通部6の内部の構造も実線で示している。 As shown in FIG. 1, the gas mixing / rectifying device 1 includes, as a housing 2, an upper member 3, a lower member 4, and a gas supply each having a plurality of gas supply pipes 51 protruding from the upper surface 31 b to the outside. The partition part 5 which supports the pipe | tube 51, and the mixed gas distribution | circulation part 6 through which the mixed gas distribute | circulates are provided. Here, in FIG. 1, the internal structure of the mixed gas circulation unit 6 is also indicated by a solid line so that the internal structure is clear.

図1及び図2に示すように、第1ガスを供給する第1ガス供給手段30は、上部部材3と隔壁部5とから形成される扁平形状の第1ガス室31と、第1ガス室31の底面部31aに設けられた第1ガス供給口32aにおいて第1ガス室31と連通し、ガスボンベなど(図示せず)に接続され第1ガス室31に第1ガスを供給する第1ガス供給部32と、を備えている。本実施形態では、第1ガス供給部32は、下部部材4の下面から外部に連通して設けられている。ここで、底面部31aは隔壁部5により形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the first gas supply means 30 for supplying the first gas includes a flat first gas chamber 31 formed of an upper member 3 and a partition wall portion 5, and a first gas chamber. A first gas that communicates with the first gas chamber 31 at a first gas supply port 32 a provided in the bottom surface portion 31 a of the gas outlet 31 and is connected to a gas cylinder or the like (not shown) and supplies the first gas to the first gas chamber 31. And a supply unit 32. In the present embodiment, the first gas supply unit 32 is provided to communicate with the outside from the lower surface of the lower member 4. Here, the bottom surface portion 31 a is formed by the partition wall portion 5.

底面部31aに対向し平行に設けられている上面部31bには、ガス供給管51がそれぞれ外部に突出する貫通穴33が設けられており、ガス供給管51の外周面と貫通穴33の内縁との間隙として第1ガスが噴出する噴出部34が形成されている。 A through hole 33 through which the gas supply pipe 51 protrudes to the outside is provided in an upper surface part 31 b provided facing and parallel to the bottom surface part 31 a, and an outer peripheral surface of the gas supply pipe 51 and an inner edge of the through hole 33. As a gap, an ejection portion 34 from which the first gas is ejected is formed.

第2ガス供給手段40は、下部部材4と隔壁部5とから形成される扁平形状の第2ガス室41と、第2ガス室41の底面部41aに設けられた第2ガス供給口42aにおいて第2ガス室41と連通し、ガスボンベなど(図示せず)に接続され第2ガス室41に第2ガスを供給する第1ガス供給部42と、を備えている。ここで、底面部41aに対向し平行に設けられている上面部41bは隔壁部5により形成されており、第1ガス室31及び第2ガス室41は、隔壁部5を介して積層形成されている。 The second gas supply means 40 includes a flat second gas chamber 41 formed by the lower member 4 and the partition wall portion 5, and a second gas supply port 42 a provided in the bottom surface portion 41 a of the second gas chamber 41. A first gas supply unit 42 that communicates with the second gas chamber 41 and is connected to a gas cylinder or the like (not shown) and supplies the second gas to the second gas chamber 41 is provided. Here, the upper surface portion 41 b provided in parallel to the bottom surface portion 41 a is formed by the partition wall portion 5, and the first gas chamber 31 and the second gas chamber 41 are stacked through the partition wall portion 5. ing.

各ガス供給管51は、先端51aが貫通穴33から外部に突出し、他端51bが第2ガス室41と連通するように、隔壁部5により支持されている。本実施形態では、ガス供給管51は、長手方向に17列、幅方向に13列の合計221本が等間隔に配置されている。 Each gas supply pipe 51 is supported by the partition wall portion 5 so that the tip 51 a protrudes outside from the through hole 33 and the other end 51 b communicates with the second gas chamber 41. In this embodiment, a total of 221 gas supply pipes 51 are arranged at equal intervals in 17 rows in the longitudinal direction and 13 rows in the width direction.

混合ガス流通部6は、各ガス供給管51を覆う箱状に形成されており、混合ガスを用いる装置(図示せず)に接続されており、一様流速の混合ガスを当該装置に供給する。なお、混合ガス流通部6は、装置の用途により任意の形状を採用することができ、省略することもできる。 The mixed gas circulation part 6 is formed in a box shape covering each gas supply pipe 51 and is connected to an apparatus (not shown) using the mixed gas, and supplies the mixed gas having a uniform flow rate to the apparatus. . In addition, the mixed gas distribution part 6 can employ | adopt arbitrary shapes according to the use of an apparatus, and can also be abbreviate | omitted.

噴出部34から噴出する第1ガスの流れを考えるために、図3に示すようなガス流入領域60を設定する。図3は、第1ガス室31を上面部31b側から見た平面透視図である。まず、第1ガス室31を上面部31b側から平面視したときに、噴出部34からなる噴出部群を考える。次に、この噴出部群に外接し面積が最小となる矩形状の面を想定する。そして、第1ガス室31の内部に、この矩形状の面、図3では長方形の面を上面とし、高さを第1ガス室31の厚さとして形成される直方体状の領域をガス流入領域60として設定する。
ここで、この長方形の第1ガス供給口側の辺を正面辺61、正面辺61に対向する辺を対向辺62、正面辺61と直交する2辺を側面辺63、63とする。
第1ガス供給口32aから第1ガス室31の内部に供給された第1ガスは、噴出部34から噴出するまでに、このガス流入領域60に直方体の側面から流入することになる。第1ガスがガス流入領域60に流入する方向を、正面辺61、対向辺62、側面辺63を用いて、例えば、「第1ガスは正面辺61辺側から流入する」というように表現する。
In order to consider the flow of the first gas ejected from the ejection portion 34, a gas inflow region 60 as shown in FIG. 3 is set. FIG. 3 is a plan perspective view of the first gas chamber 31 as viewed from the upper surface portion 31b side. First, when the first gas chamber 31 is viewed in plan from the upper surface portion 31b side, an ejection portion group including the ejection portions 34 is considered. Next, a rectangular surface circumscribing this ejection part group and having the smallest area is assumed. Then, a rectangular parallelepiped region formed with the rectangular surface in FIG. 3 as the upper surface and the height as the thickness of the first gas chamber 31 in the first gas chamber 31 is a gas inflow region. Set as 60.
Here, the side of the rectangular first gas supply port side is defined as a front side 61, the side facing the front side 61 is defined as a facing side 62, and the two sides orthogonal to the front side 61 are defined as side sides 63 and 63.
The first gas supplied from the first gas supply port 32a to the inside of the first gas chamber 31 flows into the gas inflow region 60 from the side surface of the rectangular parallelepiped before being ejected from the ejection part 34. The direction in which the first gas flows into the gas inflow region 60 is expressed using, for example, the front side 61, the opposing side 62, and the side surface 63 as "first gas flows in from the front side 61 side". .

第1ガス室31の底面部31aと上面部31bとを接続する側壁部35の内側には、第1ガス供給口32aに向かって突出して形成され、第1ガスを側方(図中の左右方向)に分配する第1突出部36が形成されている。第1突出部36の先端36aは、尖った角状に形成されている。 The first gas chamber 31 is formed on the inner side of the side wall portion 35 connecting the bottom surface portion 31a and the upper surface portion 31b so as to protrude toward the first gas supply port 32a. 1st protrusion part 36 distributed in a direction) is formed. The tip 36a of the first protrusion 36 is formed in a sharp corner shape.

第1ガス室31の隅部には、第1突出部36に隣接して、外方に凸になる曲面状、本実施形態では円弧状、に形成された第1案内部37が形成されている。第1案内部37は、第1突出部36により分配された第1ガスを、対向辺62側からガス流入領域60内に流入するように案内する。第1案内部37は、第1突出部36の端部36bと側壁部35とを滑らかに接続するR形状に形成されている。 At the corner of the first gas chamber 31, a first guide portion 37 is formed adjacent to the first projecting portion 36 and formed in a curved shape that protrudes outward, in this embodiment, an arc shape. Yes. The first guide part 37 guides the first gas distributed by the first projecting part 36 so as to flow into the gas inflow region 60 from the opposite side 62 side. The first guide portion 37 is formed in an R shape that smoothly connects the end portion 36 b of the first protrusion 36 and the side wall portion 35.

第1案内部37に対向した第1ガス室31の隅部には、外方に凸になる曲面状に形成されたR部38が形成されている。隅部が角状の場合、第1ガスが隅部に滞留するため、第1ガスを有効に対向辺62側に案内するために設けられている。ここで、R部38は第1案内部37よりも小さいR形状でよい。 At the corner portion of the first gas chamber 31 facing the first guide portion 37, an R portion 38 formed in a curved shape protruding outward is formed. When the corner is square, the first gas stays in the corner, so that the first gas is provided to effectively guide the first gas to the opposite side 62 side. Here, the R portion 38 may have a smaller R shape than the first guide portion 37.

第1ガス供給口32a及び第1突出部36は、ガス流入領域60の対称軸X上に配置されている。また、第1ガス室31が対称軸Xに対称となる形状に形成されている。そして、側面辺63と側壁部35との距離W1と対向辺62と側壁部35との距離W2との比が、側面辺L2の長さと対向辺L1の長さとの比と等しくなるように構成されている。 The first gas supply port 32 a and the first protrusion 36 are arranged on the symmetry axis X of the gas inflow region 60. The first gas chamber 31 is formed in a shape that is symmetric about the symmetry axis X. The ratio of the distance W1 between the side surface 63 and the side wall portion 35 and the distance W2 between the facing side 62 and the side wall portion 35 is configured to be equal to the ratio between the length of the side surface side L2 and the length of the facing side L1. Has been.

図3を参照し、第1ガスの流れについて説明する。噴出部群を平面視した場合に、正面辺61の両端部と第1ガス供給口32aとがなす角をα、第1突出部36の両端部36b、36bと第1ガス供給口32aとがなす角をβ、残りの2角をそれぞれγとする。第1ガス供給部32による第1ガス供給口32aから噴出した第1ガスは、一旦上面部に衝突して等方的に広がるため、角α、β、γに比例したガス流量が角α、β、γに対応する領域にそれぞれに分配される。 The flow of the first gas will be described with reference to FIG. When the ejection unit group is viewed in plan, the angle formed by both ends of the front side 61 and the first gas supply port 32a is α, and both ends 36b and 36b of the first protrusion 36 and the first gas supply port 32a are The angle formed is β, and the remaining two angles are γ. Since the first gas ejected from the first gas supply port 32a by the first gas supply unit 32 once collides with the upper surface and spreads isotropically, the gas flow rate proportional to the angles α, β, γ is the angle α, They are distributed to regions corresponding to β and γ, respectively.

角αに対応する領域に噴出した第1ガスは、流路Aにより正面辺61側からガス流入領域60に流入する。このとき、角αは、正面辺61側からガス流入領域60に流入する第1ガスが、正面辺61の長さに比例したガス流量となるように設定されている。 The first gas ejected to the region corresponding to the angle α flows into the gas inflow region 60 from the front side 61 side through the flow path A. At this time, the angle α is set so that the first gas flowing into the gas inflow region 60 from the front side 61 side has a gas flow rate proportional to the length of the front side 61.

角βに対応する領域に噴出した第1ガスは、第1突出部に衝突して等しい流量で側方に分配される。第1突出部36の先端36aは尖った角状に形成されているため、第1ガスが第1ガス供給口側に反射することがなく、より効果的に側方に分配することができる。 The first gas ejected to the region corresponding to the angle β collides with the first protrusion and is distributed laterally at an equal flow rate. Since the tip 36a of the first protrusion 36 is formed in a sharp corner, the first gas is not reflected to the first gas supply port side, and can be more effectively distributed to the side.

第1突出部36により側方に分配された第1ガスは、第1案内部により流路Bに示すように案内され、対向辺62側からガス流入領域60に流入する。このとき、角βは、対向辺62側からガス流入領域60に流入する第1ガスが、対向辺62の長さに比例したガス流量となるように設定されている。 The first gas distributed laterally by the first projecting portion 36 is guided by the first guide portion as shown in the flow path B and flows into the gas inflow region 60 from the opposite side 62 side. At this time, the angle β is set so that the first gas flowing into the gas inflow region 60 from the opposing side 62 side has a gas flow rate proportional to the length of the opposing side 62.

角γに対応する領域に噴出した第1ガスは、流路Cにより各側面辺63、63側からガス流入領域60に流入する。このとき、角γは、各側面辺61側からガス流入領域60に流入する第1ガスが、側面辺63の長さに比例したガス流量となるように設定されている。 The first gas ejected to the region corresponding to the angle γ flows into the gas inflow region 60 from the side surfaces 63 and 63 side through the flow path C. At this time, the angle γ is set such that the first gas flowing into the gas inflow region 60 from the side surface 61 side has a gas flow rate proportional to the length of the side surface 63.

以上に示すように、第1ガス供給口32aの位置は、ガス流入領域60の正面辺61、対向辺62、側面辺63、63の各辺側から流入する第1ガスの流量を、各辺の長さに比例して分配することができる位置に設定されている。これにより、第1ガスをガス流入領域60に向かってむらのない速さ分布で流すことができるので、各噴出部34から第1ガスを噴出部34の位置によるむらのない流量でそれぞれ噴出させることができる。 As described above, the position of the first gas supply port 32a is such that the flow rate of the first gas flowing from each side of the front side 61, the opposite side 62, and the side sides 63, 63 of the gas inflow region 60 is changed to each side. It is set at a position where it can be distributed in proportion to the length of. As a result, the first gas can be flowed toward the gas inflow region 60 with a uniform velocity distribution, so that the first gas is ejected from each ejection part 34 at a uniform flow rate depending on the position of the ejection part 34. be able to.

また、側面辺63と側壁部35との間のガス流路の幅W1と対向辺62と側壁部35との間のガス流路の幅W2とを、ガス流量に応じたものとすることができるので、よりむらのない速さ分布とすることができる。 In addition, the width W1 of the gas flow path between the side surface 63 and the side wall 35 and the width W2 of the gas flow path between the facing side 62 and the side wall 35 may correspond to the gas flow rate. As a result, the speed distribution can be made more uniform.

第1ガスをガス流入領域60の長手方向の対称軸Xに対して対称性を保ったまま流すことができるので、第1ガスをガス流入領域60に向かってよりむらのない速さ分布で流すことができる。 Since the first gas can flow while maintaining symmetry with respect to the symmetry axis X in the longitudinal direction of the gas inflow region 60, the first gas flows toward the gas inflow region 60 with a more even speed distribution. be able to.

第2ガス室41は、図4に示すように、第1ガス室31と同様の構造を備えている。第2ガス室41の側壁部43の内側には、第2ガス供給口42aに向かって突出して形成され、第2ガスを側方に分配する第2突出部44と、外方に凸になる曲面状に形成され、第2突出部44により分配された第2ガスを、第1ガス室31内部の対向辺62側に対応する位置から噴出部群に対応する位置に向かって流れるように案内する第2案内部45と、が形成されている。また、第2案内部45に対向した第2ガス室41の隅部には、外方に凸になる曲面状に形成されたR部46が形成されている。 As shown in FIG. 4, the second gas chamber 41 has a structure similar to that of the first gas chamber 31. The second gas chamber 41 is formed on the inner side of the side wall 43 so as to protrude toward the second gas supply port 42a, and has a second protrusion 44 that distributes the second gas to the side, and is convex outward. The second gas which is formed in a curved surface and distributed by the second projecting portion 44 is guided so as to flow from a position corresponding to the opposed side 62 inside the first gas chamber 31 toward a position corresponding to the ejection portion group. A second guide portion 45 is formed. In addition, an R portion 46 formed in a curved shape that protrudes outward is formed at the corner of the second gas chamber 41 facing the second guide portion 45.

第2ガス室41に、第1ガス室31の第1突出部及び第1案内部に対応する第2突出部及び第2案内部をそれぞれ設けることにより、第2ガス室41内において第2ガスをむらのない速さ分布で流すことができるため、各ガス供給管51から第2ガスをよりむらのない速さで噴出させることができる。これにより、各ガス供給管51と各噴出部34とにおいて、第1ガス及び第2ガスのより均一な混合が可能となる。また、噴出部34は、第2ガスが噴出するガス供給管51を取り囲むようにそれぞれ設けられているため、第1のガスと第2のガスとが接触する界面を増大させることができ、効率的に両者を混合することができる。 By providing the second gas chamber 41 with a second projecting portion and a second guide portion corresponding to the first projecting portion and the first guide portion of the first gas chamber 31, respectively, the second gas chamber 41 is provided with the second gas. Therefore, the second gas can be ejected from each gas supply pipe 51 at a more uniform speed. Thereby, in each gas supply pipe 51 and each ejection part 34, the 1st gas and the 2nd gas can be mixed more uniformly. Moreover, since the ejection part 34 is each provided so that the gas supply pipe | tube 51 in which 2nd gas ejects may be surrounded, the interface which 1st gas and 2nd gas contact can be increased, and efficiency Both can be mixed.

そして、混合されたガスは、混合ガス流通部6にむらのない速さ分布で導入される。   The mixed gas is introduced into the mixed gas circulation section 6 with a uniform speed distribution.

(変更例)
ガス供給管51の本数は本実施形態に限定されるものではなく、配列形状としては、円、楕円、四角以外の多角形など各種形状を採用することができる。
第1突出部36は、第1ガスを側方に効率よく分配することができれば、各種形状を採用することができる。例えば、平面部を備えてもよい。
第1案内部37は、第1突出部36により分配された第1ガスを、対向辺62側からガス流入領域60内に流入するように案内することができれば、各種形状を採用することができる。例えば、円弧以外の曲面形状とすることができる。
(Example of change)
The number of the gas supply pipes 51 is not limited to this embodiment, and various shapes such as a circle, an ellipse, and a polygon other than a square can be adopted as the array shape.
Various shapes can be adopted for the first protrusion 36 as long as the first gas can be efficiently distributed to the side. For example, you may provide a plane part.
The first guide part 37 can adopt various shapes as long as it can guide the first gas distributed by the first projecting part 36 so as to flow into the gas inflow region 60 from the opposite side 62 side. . For example, it can be a curved surface shape other than an arc.

図5に示すように、第1ガス室31には、第1ガス供給口32aから上面部31bに向かって突出する管状に形成された第1ガス案内管39を設けることもできる。第1ガス案内管39は、第1ガス供給口32aから第1ガス室31内に導入される第1ガスを上面部31b近傍まで広がらないように案内し、第1ガス供給口32a直上の狭い領域に衝突させることができるので、第1ガスを上面部31bに適切に衝突させ、より等方的に広げることができる。これにより、第1ガスをより精度よく分配することができるので、よりむらのない速さ分布を得ることができる。 As shown in FIG. 5, the first gas chamber 31 may be provided with a first gas guide tube 39 formed in a tubular shape protruding from the first gas supply port 32a toward the upper surface portion 31b. The first gas guide pipe 39 guides the first gas introduced into the first gas chamber 31 from the first gas supply port 32a so as not to spread to the vicinity of the upper surface portion 31b, and is narrow just above the first gas supply port 32a. Since it can be made to collide with a field, the 1st gas can be made to collide appropriately with upper surface part 31b, and can be expanded more isotropically. Thereby, since the first gas can be distributed more accurately, a more uniform speed distribution can be obtained.

[第1実施形態の効果]
本発明のガス混合・整流装置1によれば、上述した構成とすることにより、第1ガス室31の底面部31aに設けられている第1ガス供給口32aから噴出し、一旦上面部31bに衝突して等方的に広がった第1ガスを第1ガス室31の側壁部35の内側に形成された第1突出部36により側方に分配し、外方に凸になる曲面状に形成された第1案内部37により第1の突出部36により分配された第1ガスを、対向辺62側からガス流入領域60に流入するように案内することにより、ガス流入領域60の正面辺61、対向辺62、側面辺63、63の各辺側から流入する第1ガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるようにすることができる。
これにより、第1ガスをガス流入領域60に向かって均一な速さ分布で流すことができ、各噴出部34から第2のガスをそれぞれ均一な流量で噴出させることができるので、ガス供給管51から噴出する第1ガスと効率的に混合し、一様流速が得られるように整流することができる。また、第1ガスを噴出させる噴出部34は、ガス供給管51に対応してそれぞれ設けられているため、第1ガスと第2ガスとが接触する界面を増大させることができるので、より効率的に両者を混合することができる。
これにより、一台の装置で、2種類のガスを混合するとともに、一様流速を得るための整流が可能であるため、一様流速の任意組成の混合ガス流を得るためのガス混合・整流装置1を小型化することができる。
[Effect of the first embodiment]
According to the gas mixing / rectifying device 1 of the present invention, with the above-described configuration, the gas mixing / rectifying device 1 is ejected from the first gas supply port 32a provided in the bottom surface portion 31a of the first gas chamber 31, and once onto the upper surface portion 31b. The first gas which is collided and isotropically spread is distributed to the side by the first projecting portion 36 formed inside the side wall portion 35 of the first gas chamber 31, and is formed into a curved surface which is convex outward. The front side 61 of the gas inflow region 60 is guided by guiding the first gas distributed by the first protrusion 36 by the first guide portion 37 so as to flow into the gas inflow region 60 from the opposite side 62 side. The flow rate of the first gas flowing from each side of the facing side 62 and the side surfaces 63, 63 can be distributed in proportion to the length of each side.
As a result, the first gas can flow toward the gas inflow region 60 at a uniform speed distribution, and the second gas can be ejected from the ejection portions 34 at a uniform flow rate. It can mix efficiently with the 1st gas which spouts from 51, and can rectify | straighten so that a uniform flow rate may be obtained. Moreover, since the ejection part 34 which ejects 1st gas is provided corresponding to the gas supply pipe | tube 51, respectively, since the interface which 1st gas and 2nd gas contact can be increased, it is more efficient. Both can be mixed.
As a result, two types of gas can be mixed and rectified to obtain a uniform flow rate with a single device. Therefore, gas mixing and rectification to obtain a mixed gas flow of an arbitrary composition with a uniform flow rate The apparatus 1 can be reduced in size.

(第2実施形態)
本発明のガス混合・整流装置構造を用いた燃焼器について、図を参照して説明する。発明者らが開発したマイクロフレームアレイ型燃焼器(特開2009−192213号公報)は、面加熱に好適に用いることができるので、複数のバーナにより構成される燃焼部を大面積化することが望ましいが、燃焼部を大型化することにより、各ノズルにおける燃料ガス及び酸化剤ガスの流量にむらが生じ、火炎の消えや合体が生じるおそれがある。火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成するためには、各バーナから噴出する燃焼ガスと各バーナの周囲から供給される酸化剤ガスとがむらのない流量であることが必要となる。燃焼器のサイズは小型化の要請が高いため、燃焼器を大きくすることにより燃焼ガス及び酸化剤ガスの速さ分布を改善する構成は採用できない。
(Second Embodiment)
A combustor using the gas mixing / rectifying device structure of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the micro-frame array type combustor developed by the inventors (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-192213) can be suitably used for surface heating, it is possible to increase the area of a combustion part composed of a plurality of burners. Although it is desirable, by enlarging the combustion section, the flow rates of the fuel gas and the oxidant gas in each nozzle may become uneven, and there is a possibility that the flame disappears or coalesces. In order to form a micro flame without the disappearance and coalescence of the flame, it is necessary that the combustion gas ejected from each burner and the oxidant gas supplied from the periphery of each burner have a uniform flow rate. Since the size of the combustor is highly demanded to be reduced in size, it is not possible to adopt a configuration that improves the speed distribution of the combustion gas and the oxidant gas by increasing the combustor size.

そこで、第1実施形態のガス混合・整流装置1から混合ガス流通部6を除いた構造を、マイクロフレームアレイ型燃焼器として採用した。 Therefore, the structure obtained by removing the mixed gas flow part 6 from the gas mixing / rectifying device 1 of the first embodiment is adopted as a micro flame array type combustor.

本発明のガス混合・整流装置の構造をマイクロフレームアレイ型燃焼器として用いるには、ガス供給管51を先端51aに半球状の微小火炎であるマイクロフレームを形成するバーナとし、第1ガスを燃料ガスを燃焼させるための空気などの酸化剤ガス、第2ガスをメタン、ブタン、プロパンなどの燃料ガスとする。 In order to use the structure of the gas mixing / rectifying device of the present invention as a micro flame array type combustor, the gas supply pipe 51 is a burner that forms a micro flame that is a hemispherical micro flame at the tip 51a, and the first gas is used as a fuel. An oxidant gas such as air for burning the gas, and the second gas is a fuel gas such as methane, butane, or propane.

ガス供給管51の先端51aから燃料ガスを、噴出部34から酸化剤ガスを、所定の流量となるようにそれぞれ噴出させて点火すると、各ガス供給管51の先端51aに半球状のマイクロフレームが各々形成され、平坦な加熱面である燃焼部が形成される。噴出部34から噴出する酸化剤ガスは、マイクロフレームの周囲を取り囲むようにして供給される。 When the fuel gas is ejected from the tip 51a of the gas supply pipe 51 and the oxidant gas is ejected from the ejection portion 34 so as to have a predetermined flow rate, ignition is performed at the tip 51a of each gas supply pipe 51. Each is formed, and a combustion part which is a flat heating surface is formed. The oxidant gas ejected from the ejection part 34 is supplied so as to surround the microframe.

この燃焼部に対して、加熱対象物を近接させることにより加熱することができる。 It can heat by making a heating target object adjoin to this combustion part.

上述した構成のマイクロフレームアレイ型燃焼器とすることにより、燃焼器を大型化することなく燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれむらのない速さ分布で噴出させることができるため、燃焼部を大面積化しても火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成することができる。また、燃焼ガスは一様流速で流れるので、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器として構成することができる。 By using the micro flame array type combustor having the above-described configuration, the fuel gas and the oxidant gas can be ejected at uniform speed distributions without increasing the size of the combustor. Even if the area is increased, it is possible to form a micro frame that does not disappear or coalesce. In addition, since the combustion gas flows at a uniform flow rate, it can be configured as a combustor that can supply the combustion gas with a uniform flow rate into the flow path.

[第2実施形態の効果]
本発明のガス混合・整流装置1を用い、上述した構成のマイクロフレームアレイ型燃焼器とすることにより、各ガス供給管51及び噴出部34において、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれむらのない速さ分布で噴出させることができるため、燃焼部を大面積化しても火炎の消えや合体がないマイクロフレームを形成し、火炎の分布に斑がなく、均一な面加熱が可能な燃焼器を小型に構成することができる。また、一様流速の燃焼ガスを流路内に供給することができる燃焼器として構成することができる。
[Effects of Second Embodiment]
By using the gas mixing / rectifying device 1 of the present invention and the micro-frame array type combustor having the above-described configuration, the fuel gas and the oxidant gas are not evenly distributed in the gas supply pipes 51 and the ejection portions 34, respectively. Since it can be ejected at a speed distribution, a combustor capable of uniform surface heating is formed by forming a micro flame that does not disappear or coalesce even if the combustion area is enlarged, and there is no unevenness in the distribution of the flame. It can be configured in a small size. Moreover, it can comprise as a combustor which can supply the combustion gas of uniform flow velocity in a flow path.

数値流体解析により、第1ガス室から各噴出部を通って噴出するガスの流量分布を調べた。   The flow rate distribution of the gas ejected from the first gas chamber through each ejection portion was examined by numerical fluid analysis.

実施例は、図3に示した形状で、噴出部は17×13の配列、W1/W2=16/6、α=70°、β=90°とした。 In the embodiment, the shape shown in FIG. 3 is used, and the ejection portions are arranged in a 17 × 13 array, W1 / W2 = 16/6, α = 70 °, and β = 90 °.

比較例として図6に示すような上部部材103の側面部131からガスを導入する形状を採用した。ガスは、上部部材103の短辺側の側面部131と第1ガス室132とを連通するガス供給路133を介して第1ガス室132に導入される。第1ガス室132は矩形状で実施例と同じ深さとし、噴出部134の形状及び配置は実施例と同様とした。ガス流入領域と第1ガス室132の側壁部との距離はそれぞれ実施例のW2と同様とした。つまり、実施例では比較例に比べ噴出部の周囲の空間を拡幅している。 As a comparative example, a shape in which gas is introduced from the side surface 131 of the upper member 103 as shown in FIG. 6 was adopted. The gas is introduced into the first gas chamber 132 via a gas supply path 133 that communicates the side portion 131 on the short side of the upper member 103 and the first gas chamber 132. The first gas chamber 132 is rectangular and has the same depth as in the embodiment, and the shape and arrangement of the ejection portion 134 are the same as in the embodiment. The distance between the gas inflow region and the side wall of the first gas chamber 132 was the same as W2 in the example. That is, in the embodiment, the space around the ejection portion is widened as compared with the comparative example.

数値流体解析は、SolidWorks Flow Simulation 2009(ダッソー・システムズ・ソリッドワークス社)を用いて行った。SolidWorks Flow
Simulationでは、流れ場の基礎方程式は、有限体積法を用いて、三次元の座標軸に垂直な面で構成される直方体メッシュ上で解かれる。有限体積法に基づき、方程式系は保存系で離散化されている。空間微分は二次精度の陰的な差分演算子で近似され、時間微分は陰的な一次精度のオイラースキームで近似される。用いたソフトウェアでは,このような方法により、数値粘性は物理的な流体の粘性に比べて無視できる程度に低減されている。
Numerical fluid analysis was performed using SolidWorks Flow Simulation 2009 (Dassault Systèmes Solid Works). SolidWorks Flow
In Simulation, the basic equations of the flow field are solved on a rectangular mesh composed of planes perpendicular to the three-dimensional coordinate axes using the finite volume method. Based on the finite volume method, the equation system is discretized as a conservative system. Spatial differentiation is approximated by a second-order implicit difference operator, and temporal differentiation is approximated by an implicit first-order Euler scheme. In this software, the numerical viscosity is reduced to a negligible level compared to the physical fluid viscosity.

計算条件は内部流れとし、流れの入口は体積流入条件として空気流量8.78×10-4m3/sを与え、出口は環境圧力とした。また、多数の微小な噴出部を再現するため、適宜メッシュの再分割を行った。 The calculation conditions were internal flow, the flow inlet was given a volume flow inflow condition of 8.78 × 10 -4 m 3 / s, and the outlet was ambient pressure. Further, in order to reproduce a large number of minute ejection parts, the mesh was appropriately redivided.

図7に噴出されるガスの流量分布の数値流体解析結果を示す。ここで、グラフ左方向が図3及び図6の下方向、つまり、ガス流入領域の正面辺側に相当し、グラフ左右方向がガス流入領域の側面辺側に相当する。棒グラフは各噴出部からの流量を示す。   FIG. 7 shows the result of numerical fluid analysis of the flow rate distribution of the jetted gas. Here, the left direction of the graph corresponds to the downward direction of FIGS. 3 and 6, that is, the front side of the gas inflow region, and the left and right direction of the graph corresponds to the side surface side of the gas inflow region. A bar graph shows the flow volume from each ejection part.

比較例では、図7(A)に示すように、ガスが導入される正面辺中央部から長手方向に向かう領域でガス流量が大きく、幅方向にも大きな流量分布が認められた。ガスの最大流量と最小流量との比は200倍を超えていた。   In the comparative example, as shown in FIG. 7A, the gas flow rate was large in the region from the center of the front side where the gas was introduced toward the longitudinal direction, and a large flow rate distribution was also observed in the width direction. The ratio of the maximum gas flow rate to the minimum flow rate was over 200 times.

一方、実施例では、図7(B)に示すように、正面辺近傍で他の領域に比べて若干ガス流量が増大するものの、幅方向には大きな流量分布は認められなかった。また、ガスの最大流量と最小流量との比は2倍以下となり、ガスの流量分布が大幅に改善された。 On the other hand, in the example, as shown in FIG. 7B, although the gas flow rate slightly increased in the vicinity of the front side compared to other regions, a large flow rate distribution was not recognized in the width direction. Further, the ratio of the maximum gas flow rate to the minimum gas flow rate is less than twice, and the gas flow rate distribution is greatly improved.

以上より、本発明の構成のガス混合・整流装置を用いることにより、一様流速を得るための整流が可能であることが確認された。   From the above, it was confirmed that rectification for obtaining a uniform flow rate is possible by using the gas mixing / rectifying device having the configuration of the present invention.

1…ガス混合・整流装置
2…筐体
3…上部部材
4…下部部材
5…隔壁部
30…第1ガス供給手段
31…第1ガス室
31a…底面部
31b…上面部
32…第1ガス供給部
32a…第1ガス供給口
33…貫通穴
34…噴出部
35…側壁部
36…第1突出部
37…第1案内部
38…R部
40…第2ガス供給手段
41…第2ガス室
42…第2ガス供給部
42a…第2ガス供給口
43…側壁部
44…第2突出部
45…第2案内部
51…ガス供給管
60…ガス流入領域
61…正面辺
62…対向辺
63…側面辺
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas mixing and rectification apparatus 2 ... Housing 3 ... Upper member 4 ... Lower member 5 ... Partition part 30 ... 1st gas supply means 31 ... 1st gas chamber 31a ... Bottom surface part 31b ... Upper surface part 32 ... 1st gas supply Part 32a ... 1st gas supply port 33 ... Through-hole 34 ... Ejection part 35 ... Side wall part 36 ... 1st protrusion part 37 ... 1st guide part 38 ... R part 40 ... 2nd gas supply means 41 ... 2nd gas chamber 42 ... 2nd gas supply part 42a ... 2nd gas supply port 43 ... Side wall part 44 ... 2nd protrusion part 45 ... 2nd guide part 51 ... Gas supply pipe | tube 60 ... Gas inflow area | region 61 ... Front side 62 ... Opposite side 63 ... Side face Neighborhood

Claims (7)

第1のガスを供給する第1のガス供給手段と、
前記第1のガスと混合される第2のガスを供給する第2のガス供給手段と、
前記第2のガスを先端から噴出させる管状の複数のガス供給管と、
前記複数のガス供給管の外周面を囲んでそれぞれ配置され、前記第1のガスを噴出させる噴出部と、を備えたガス混合・整流装置であって、
前記第1のガス供給手段は、扁平形状の第1のガス室と、前記第1のガス室の底面部に設けられた第1のガス供給口において前記第1のガス室と連通し、前記第1のガス室に第1のガスを供給する第1のガス供給部と、を備え、
前記第2のガス供給手段は、扁平形状の第2のガス室と、第2のガス供給口において前記第2のガス室と連通し、前記第2のガス室に第2のガスを供給する第2のガス供給部と、を備え、
前記第1のガス室及び前記第2のガス室は、前記複数のガス供給管を支持する隔壁部を介して積層形成されており、
前記複数のガス供給管は、先端と反対側の他端が前記第2のガス室と連通し、前記第1のガス室の前記底面部と対向する上面部に設けられた複数の貫通穴から各先端が筐体の外部に突出し、前記噴出部が前記貫通穴の内縁と前記ガス供給管の外周面との間隙として形成されるように前記隔壁部に各々支持されており、
前記第1のガス室を前記上面部側から平面視したときに、前記複数の噴出部からなる噴出部群に外接し面積が最小となる矩形状の面を想定し、この矩形状の面を有する直方体状のガス流入領域を前記第1のガス室の内部に設定し、第1のガス供給口側の辺を正面辺、正面辺に対向する辺を対向辺、正面辺と直交する2辺を側面辺とした場合に、
前記底面部と前記上面部とを接続する前記第1のガス室の側壁部の内側には、前記第1のガス供給口に向かって突出して形成され、第1のガスを側方に分配する第1の突出部と、
外方に凸になる曲面状に形成され、前記第1の突出部により分配された第1のガスを、前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するように案内する第1の案内部と、が形成されており、
前記第1のガス供給口から噴出し、前記上面部に衝突した後に、正面辺、対向辺、側面辺の各辺側から前記ガス流入領域に流入する第1のガスの流量が、各辺の長さに比例して分配されるように構成されていることを特徴とするガス混合・整流装置。
First gas supply means for supplying a first gas;
Second gas supply means for supplying a second gas to be mixed with the first gas;
A plurality of tubular gas supply pipes for ejecting the second gas from the tip;
A gas mixing / rectifying device, each of which is disposed so as to surround an outer peripheral surface of the plurality of gas supply pipes, and has a jetting part for jetting the first gas,
The first gas supply means communicates with the first gas chamber at a first gas chamber having a flat shape and a first gas supply port provided in a bottom surface portion of the first gas chamber, A first gas supply unit for supplying the first gas to the first gas chamber,
The second gas supply means communicates with the second gas chamber through a flat second gas chamber and a second gas supply port, and supplies the second gas to the second gas chamber. A second gas supply unit,
The first gas chamber and the second gas chamber are laminated and formed via a partition wall that supports the plurality of gas supply pipes,
The plurality of gas supply pipes communicate with the second gas chamber at the other end opposite to the tip, and from a plurality of through holes provided in an upper surface portion facing the bottom surface portion of the first gas chamber. Each tip protrudes to the outside of the housing, and the ejection part is supported by the partition part so as to be formed as a gap between the inner edge of the through hole and the outer peripheral surface of the gas supply pipe,
When the first gas chamber is viewed in plan view from the upper surface side, a rectangular surface circumscribing the ejection portion group composed of the plurality of ejection portions and having the smallest area is assumed. A rectangular gas inflow region having the first gas chamber is set in the first gas chamber, the side on the first gas supply port side is the front side, the side facing the front side is the opposing side, and the two sides orthogonal to the front side Is the side,
The first gas chamber is formed on the inner side of the side wall portion of the first gas chamber connecting the bottom surface portion and the upper surface portion so as to project toward the first gas supply port, and distributes the first gas to the side. A first protrusion;
A first guide portion that is formed in a curved surface that protrudes outward and guides the first gas distributed by the first protrusion so as to flow into the gas inflow region from the opposite side; , Is formed,
After ejecting from the first gas supply port and colliding with the upper surface, the flow rate of the first gas flowing into the gas inflow region from each side of the front side, the opposite side, and the side surface is A gas mixing / rectifying device characterized in that it is distributed in proportion to its length.
前記第1の突出部の先端は、尖った角状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のガス混合・整流装置。 The gas mixing / rectifying device according to claim 1, wherein a tip end of the first projecting portion is formed in a sharp corner shape. 前記噴出部群を先端方向から平面視した場合に、前記正面辺の両端部と前記第1のガス供給口とがなす角αに比例して分配されるガス流量が、前記正面辺の長さに比例したガス流量となるとともに、
前記第1の突出部の両端部と前記第1のガス供給口とがなす角βに比例して分配されるガス流量が、前記対向辺の長さに比例したガス流量が前記対向辺側から前記ガス流入領域に流入するようなガス流量となるように、
前記第1のガス供給口の位置が設定されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス混合・整流装置。
The gas flow rate distributed in proportion to an angle α formed by both end portions of the front side and the first gas supply port when the ejection portion group is viewed from the front end direction is the length of the front side. Gas flow rate proportional to
The gas flow rate distributed in proportion to the angle β formed by both ends of the first protrusion and the first gas supply port is such that the gas flow rate proportional to the length of the opposite side is from the opposite side. In order to achieve a gas flow rate that flows into the gas inflow region,
The gas mixing / rectifying device according to claim 1 or 2, wherein a position of the first gas supply port is set.
前記対向辺及び側面辺が前記第1のガス室の側壁部とそれぞれ平行である場合、前記側面辺と側壁部との距離と前記対向辺と側壁部との距離との比が、前記側面辺の長さと前記対向辺の長さとの比と等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置。 When the facing side and the side surface are parallel to the side wall of the first gas chamber, the ratio of the distance between the side surface and the side wall and the distance between the facing side and the side wall is the side surface. 4. The gas mixing / rectifying device according to claim 1, wherein the gas mixing / rectifying device is configured to be equal to a ratio of a length of the opposite side to a length of the opposite side. 5. 前記ガス流入領域の対称軸上に前記第1のガス供給口及び前記第1の突出部が配置されており、前記第1のガス室が当該対称軸に対称となる形状に形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置。 The first gas supply port and the first projecting portion are disposed on the axis of symmetry of the gas inflow region, and the first gas chamber is formed in a shape symmetric with respect to the axis of symmetry. The gas mixing / rectifying device according to any one of claims 1 to 4, wherein: 前記第2のガス供給口は前記第2のガス室の底面部に設けられており、
前記第2のガス室の側壁部の内側には、前記第2のガス供給口に向かって突出して形成され、第2のガスを側方に分配する第2の突出部と、外方に凸になる曲面状に形成され、前記第2の突出部により分配された第2のガスを前記第2のガス室内部の前記対向辺側に対応する位置から前記噴出部群に対応する位置に向かって流れるように案内する第2の案内部と、が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置。
The second gas supply port is provided on a bottom surface of the second gas chamber;
The second gas chamber is formed on the inner side of the side wall portion so as to project toward the second gas supply port, and has a second projecting portion for distributing the second gas to the side, and an outward projecting portion. The second gas distributed by the second protrusion is directed from a position corresponding to the opposite side of the second gas chamber toward a position corresponding to the ejection part group. The gas mixing / rectifying device according to claim 1, wherein a second guide portion that guides the gas to flow is formed.
請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載のガス混合・整流装置において、前記ガス供給管を先端に半球状の微小火炎であるマイクロフレームを形成するバーナとし、前記第2のガスを燃料ガスとし、前記第1のガスを燃料ガスを燃焼させるための酸化剤ガスとして構成したことを特徴とする燃焼器。 The gas mixing / rectifying device according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas supply pipe is a burner that forms a micro-frame that is a hemispherical micro flame at the tip, and the second gas is A combustor comprising a fuel gas and the first gas as an oxidant gas for burning the fuel gas.
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