特許 7257517 酸素フォアハースバーナーアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-05

(45)【発行日】2023-04-13

(54)【発明の名称】酸素フォアハースバーナーアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F23D 14/22 20060101AFI20230406BHJP

【ＦＩ】

F23D14/22 D

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021536257

(86)(22)【出願日】2018-12-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-19

(86)【国際出願番号】 US2018067232

(87)【国際公開番号】W WO2020131113

(87)【国際公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-12-17

(73)【特許権者】

【識別番号】517105076

【氏名又は名称】シーラス ヒート テクノロジー カンパニー エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＬＡＳ ＨＥＡＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯＭＰＡＮＹ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アンダーソン、スコット、シー．

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１８６１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】英国特許出願公告第０１０２３３５４（ＧＢ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１４３１６８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｄ １４／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナーアセンブリであって、
第１開口と、第２開口と、前記第１開口と前記第２開口の間に配置された空洞と、前記空洞と流体連通するガス入口とを備える本体と、
ガスノズルであって、第１端部と、前記本体の前記第１開口からの第１距離の終端をなす第２端部と、該ガスノズルの前記第１端部と該ガスノズルの前記第２端部の間に配置された第１貫通孔とを備え、該ガスノズルの前記第１端部は前記本体の前記第１開口に取り外し可能に固定され、前記第２端部は第１内径を備えた、ガスノズルと、
前記本体の前記空洞内に配置された燃料管であって、前記第２開口に取り外し可能に固定された第１端部と、前記ガスノズルの前記第１貫通孔内で終端するように配置された第２端部と、前記燃料管の前記第１端部と前記第２端部の間に配置された第２貫通孔と、該燃料管の前記第２端部の近くに配置され、該燃料管を前記ガスノズルの前記第１貫通孔と実質的に同軸に位置決めするように配置された位置決め部材とを備える燃料管と、
前記燃料管の前記第２端部に取り外し可能に固定された燃料ノズルであって、該燃料ノズルは前記本体の前記第１開口からの第２距離の終端をなし、前記第１距離は前記第２距離より小さい、燃料ノズルであって、
前記燃料ノズルはさらに、
第１端部と、
第２端部と、
前記燃料ノズルの第１端部と前記第２端部の間に配置された第３貫通孔と、を備え、前記燃料ノズルの第２端部は第２内径を備え、
前記ガスノズルの第２端部の第１内径は、前記燃料ノズルの第２端部の第２内径より大きく、操作時に実質的に１０：１のターンダウン比が生じる、
バーナーアセンブリ。

【請求項2】

前記燃料管の前記位置決め部材は、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材を備
える、請求項１に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項3】

前記第１支持部材、前記第２支持部材及び前記第３支持部材は、前記燃料管の外表面の周りに配置されている、請求項２に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項4】

前記第１支持部材、前記第２支持部材及び前記第３支持部材は、前記燃料管の前記外表面の周りに相互に実質的に１２０度で配置されている、請求項３に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項5】

第４支持部材を更に備え、前記第１支持部材、前記第２支持部材、前記第３支持部材及び前記第４支持部材は、前記燃料管の外表面の周りに相互に実質的に９０度で配置されている、請求項２に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項6】

前記燃料ノズルは、燃料ノズル本体を備え、
前記燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くにあって第１外径を有する第１本体部分と、前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くにあって第２外径を有する第２本体部分と、を備え、
前記第２外径は前記第１外径よりも小さい、請求項１に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項7】

前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くに第１部分を有し、前記第３貫通孔の前記第１部分は第１内径を有し、前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くに第２部分を有し、前記第３貫通孔の前記第２部分は第２内径を有し、前記第１内径は前記第２内径より大きい、請求項６に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項8】

前記燃料ノズルは、燃料ノズル本体を備え、
前記燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くにあって第１外径を有する第１本体部分と、前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くにあって第２外径を有する第２本体部分と、前記燃料ノズル本体の前記第１端部と前記燃料ノズル本体の前記第２端部との間にあって第３外径を有する第３本体部分と、を備え、
前記第１外径は前記第３外径より大きく、かつ前記第３外径は前記第２外径より大きい、請求項１に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項9】

前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くに第１部分を有し、前記第３貫通孔の前記第１部分は第１内径を有し、前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くに第２部分を有し、前記第３貫通孔の前記第２部分は第２内径を有し、前記第１内径は前記第２内径より大きい、請求項８に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項10】

前記燃料ノズル本体はさらに、第１外側遷移面と、第２外側遷移面と、第１内側遷移面とを備え、前記第１外側遷移面は前記燃料ノズル本体の前記第１本体部分と前記燃料ノズル本体の第３本体部分との間に配置され、前記第２外側遷移面は前記燃料ノズル本体の前記第３本体部分と前記燃料ノズル本体の第２本体部分との間に配置され、前記第１内側遷移面は前記第３貫通孔の前記第１部分と、前記第３貫通孔の前記第２部分との間に配置される、請求項９に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項11】

バーナーアセンブリであって、
第１開口と、第２開口と、前記第１開口と前記第２開口の間に配置された空洞と、前記空洞と流体連通するガス入口とを備える本体と、
ガスノズルであって、第１端部と、前記本体の前記第１開口からの第１距離の終端をなす第２端部と、該ガスノズルの前記第１端部と該ガスノズルの前記第２端部の間に配置された第１貫通孔とを備え、該ガスノズルの前記第１端部は前記本体の前記第１開口に取り外し可能に固定され、前記第２端部は第１内径を備えた、ガスノズルと、
前記本体の前記空洞内に配置された燃料管であって、前記第２開口に取り外し可能に固定された第１端部と、前記ガスノズルの前記第１貫通孔内で終端するように配置された第２端部と、前記燃料管の前記第１端部と前記第２端部の間に配置された第２貫通孔と、該燃料管の前記第２端部の近くに配置され、該燃料管を前記ガスノズルの前記第１貫通孔と実質的に同軸に位置決めするように配置された位置決め部材とを備える燃料管と、
前記燃料管の前記第２端部に取り外し可能に固定された燃料ノズルであって、該燃料ノズルは前記本体の前記第１開口からの第２距離の終端をなし、前記第１距離は前記第２距離に等しい、燃料ノズルであって、
前記燃料ノズルはさらに、
第１端部と、
第２端部と、
前記燃料ノズルの第１端部と前記第２端部の間に配置された第３貫通孔と、を備え、前記燃料ノズルの第２端部は第２内径を備え、
前記ガスノズルの第２端部の第１内径は、前記燃料ノズルの第２端部の第２内径より大きく、操作時に実質的に１０：１のターンダウン比が生じる、
バーナーアセンブリ。

【請求項12】

前記燃料管の前記位置決め部材は、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材を備える、請求項１１に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項13】

前記第１支持部材、前記第２支持部材及び前記第３支持部材は、前記燃料管の外表面の周りに配置されている、請求項１２に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項14】

前記第１支持部材、前記第２支持部材及び前記第３支持部材は、前記燃料管の前記外表面の周りに相互に実質的に１２０度で配置されている、請求項１３に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項15】

第４支持部材を更に備え、前記第１支持部材、前記第２支持部材、前記第３支持部材及び前記第４支持部材は、前記燃料管の外表面の周りに相互に実質的に９０度で配置されている、請求項１２に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項16】

前記燃料ノズルは、燃料ノズル本体を備え、
前記燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くにあって第１外径を有する第１本体部分と、前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くにあって第２外径を有する第２本体部分と、を備え、
前記第２外径は前記第１外径よりも小さい、請求項１１に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項17】

前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くに第１部分を有し、前記第３貫通孔の前記第１部分は第１内径を有し、前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くに第２部分を有し、前記第３貫通孔の前記第２部分は第２内径を有し、前記第１内径は前記第２内径より大きい、請求項１６に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項18】

前記燃料ノズルは、燃料ノズル本体を備え、
前記燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くにあって第１外径を有する第１本体部分と、前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くにあって第２外径を有する第２本体部分と、前記燃料ノズル本体の前記第１端部と前記燃料ノズル本体の前記第２端部との間にあって第３外径を有する第３本体部分と、を備え、
前記第１外径は前記第３外径より大きく、かつ前記第３外径は前記第２外径より大きい
、請求項１１に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項19】

前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第１端部の近くに第１部分を有し、前記第３貫通孔の前記第１部分は第１内径を有し、前記第３貫通孔は前記燃料ノズル本体の前記第２端部の近くに第２部分を有し、前記第３貫通孔の前記第２部分は第２内径を有し、前記第１内径は前記第２内径より大きい、請求項１８に記載のバーナーアセンブリ。

【請求項20】

前記燃料ノズル本体はさらに、第１外側遷移面と、第２外側遷移面と、第１内側遷移面とを備え、前記第１外側遷移面は前記燃料ノズル本体の前記第１本体部分と前記燃料ノズル本体の第３本体部分との間に配置され、前記第２外側遷移面は前記燃料ノズル本体の前記第３本体部分と前記燃料ノズル本体の第２本体部分との間に配置され、前記第１内側遷移面は前記第３貫通孔の前記第１部分と、前記第３貫通孔の前記第２部分との間に配置される、請求項１９に記載のバーナーアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般にガス燃焼バーナーに関し、より具体的には、改善されたバーナー効率を提供する外部燃焼式のフォアハースバーナーアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

酸素－燃料燃焼は、主要酸化剤として空気の代わりに酸素を用いる燃料燃焼プロセスである。酸素－燃料燃焼を使用することにより、空気酸化剤中の窒素成分が加熱されないためにＮＯｘ放出が低減されて環境に有害な排出物が低下するとともに、燃料消費も削減される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

フォアハースバーナーは一般に、小型のバーナー用途（５０，０００ＢＴＵ未満）に使用され、通常、運転中の冷温保持は困難である。その上、従来のフォアハースバーナーは、寸法及びガス流の制約によって、ターンダウン比、すなわち最小操作出力に対する最大操作出力の比、が限られている（例えば１：３－１：４）。さらに、フォアハースバーナーは一般に予め混合した空気－燃料混合物、すなわち、酸化剤と燃料の混合物、を使用する。これは前以って、あるいはフォアハースバーナー本体内部で混合される。アセンブリ内で予め混合された空気－燃料混合物は、バーナーアセンブリ内でのバックファイヤの増加、操作温度の上昇、燃料／バーナー効率の潜在的な低下、などの望ましくない結果をもたらす。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示は、一般に、ノズル混合酸素燃料燃焼を有するフォアハースバーナーアセンブリに関する。本明細書で議論するバーナーアセンブリは、ガスノズル、燃料チューブ、燃料ノズルを含み、ガスノズルと燃料ノズルの配置は、第１ガスと第１燃料がアセンブリを出るまではその第１ガスと第１燃料を混合させないようになっている。さらに、本明細書で議論するバーナーアセンブリは、以前のフォアハースバーナーよりもより広いターンダウン範囲を有する。

【0005】

一実施例において一般的に、第１開口と、第２開口と、第１開口と第２開口の間に配置された空洞と、その空洞に流体連通するガス入口とを含む本体を備えるバーナーアセンブリが提供される。本アセンブリは、第１端部と、本体の第１開口からの第１距離を終端させる第２端部と、ガスノズルの第１端部とガスノズルの第２端部の間に配置された第１貫通孔、とを備え、ガスノズルの第１端部は本体の第１開口に取り外し可能に固定されたガスノズルを備える。本アセンブリは本体の空洞内に配置された燃料管もまた含む。この燃料管は、第２開口に取り外し可能の固定された第１端部と、ガスノズルの第１貫通孔内で終端するように配置された第２端部と、燃料管の第２端部の近くに配置され、燃料管をガスノズルの第１貫通孔と実質的に同軸に位置決めするように配置された、位置決め部材と、を備える。さらに、本アセンブリは、燃料管の第２端部に取り外し可能に固定された燃料ノズルを含み、この燃料ノズルは本体の第１開口からの第２距離を終端させ、第１距離は第２距離より小さい。

【0006】

一態様において、燃料管の位置決め部材は、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材を備える。

【0007】

一態様において、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材は、燃料管の外表面の周りに配置されている。

【0008】

一態様において、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材は、燃料管の外表面の周りに相互に実質的に１２０度で配置されている。

【0009】

一態様において、本アセンブリは、第４支持部材を更に備え、第１支持部材、第２支持部材、第３支持部材及び第４支持部材は、燃料管の外表面の周りに相互に実質的に９０度で配置されている。

【0010】

一態様において、燃料ノズルは、ノズル本体を備え、燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、燃料ノズル本体の第１端部の近くにあって、第１外径を有する第１本体部分と、燃料ノズル本体の第２端部の近くにあって、第２外径を有する第２本体部分と、を備え、第２外径は第１外径よりも小さい。

【0011】

一態様において、燃料ノズル本体は、燃料ノズル本体の第１端部と燃料ノズル本体の第２端部の間に配置された第２貫通孔を更に備える。第２貫通孔は燃料ノズル本体の第１端部の近くに第１部分を有し、第２貫通孔の第１部分は第１内径を有し、第２貫通孔は燃料ノズル本体の第２端部の近くに第２部分を有し、第２貫通孔の第２部分は第２内径を有し、第１内径は第２内径より大きい。

【0012】

一態様において、燃料ノズルはノズル本体を備え、燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、燃料ノズル本体の第１端部の近くにあって第１外径を有する第１本体部分と、燃料ノズル本体の第２端部の近くにあって第２外径を有する第２本体部分と、燃料ノズル本体の第１端部と燃料ノズル本体の第２端部との間にあって第３外径を有する第３本体部分とを備え、第１外径は第３外径より大きく、かつ第３外径は第２外径より大きい。

【0013】

一態様において、燃料ノズル本体は、燃料ノズル本体の第１端部と燃料ノズル本体の第２端部の間に配置された第２貫通孔を更に備える。第２貫通孔は燃料ノズル本体の第１端部の近くに第１部分を有し、第２貫通孔の第１部分は第１内径を有し、第２貫通孔は燃料ノズル本体の第２端部の近くに第２部分を有し、第２貫通孔の第２部分は第２内径を有し、第１内径は第２内径より大きい。

【0014】

一態様において、燃料ノズル本体はさらに、第１外側遷移面と、第２外側遷移面と、第１内側遷移面とを備える。第１外側遷移面は燃料ノズル本体の第１本体部分とノズル本体の第３本体部分との間に配置され、第２外側遷移面は燃料ノズル本体の第３本体部分とノズル本体の第２本体部分との間に配置され、第１内側遷移面は第２貫通孔の第１部分と第２貫通孔の第２部分との間に配置される。

【0015】

一実施形態によれば、バーナーアセンブリが提供される。バーナーアセンブリは本体を含み、本体は、第１開口と、第２開口と、第１開口と第２開口の間に配置された空洞と、空洞と流体連通するガス入口とを有する。本アセンブリはまたガスノズルを含み、このガスノズルは、第１端部と、本体の第１開口からの第１距離を終端させる第２端部と、ガスノズルの第１端部とガスノズルの第２端部の間に配置された第１貫通孔とを有する。ガスノズルの第１端部は本体の第１開口に取り外し可能に固定される。本バーナーアセンブリは本体の空洞内に配置された燃料管を更に含む。この燃料管は、第２開口に取り外し可能の固定された第１端部と、ガスノズルの第１貫通孔内で終端するように配置された第２端部と、燃料管の第２端部の近くに配置され、燃料管をガスノズルの第１貫通孔と実質的に同軸に位置決めするように配置された、位置決め部材とを備える。さらに、本バーナーアセンブリは、燃料管の第２端部に取り外し可能に固定された燃料ノズルを含む。ここで、燃料ノズルは本体の第１開口からの第２距離を終端させ、第１距離は第２距離に等しい。

【0016】

一実施形態によれば、燃料管の位置決め部材は、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材を備える。

【0017】

一実施形態によれば、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材は、燃料管の外表面の周りに配置されている。

【0018】

一実施形態によれば、第１支持部材、第２支持部材及び第３支持部材は、燃料管の外表面の周りに相互に実質的に１２０度で配置されている。

【0019】

一実施形態によれば、本アセンブリは、第４支持部材を更に含む。第１支持部材、第２支持部材、第３支持部材及び第４支持部材は、燃料管の外表面の周りに相互に実質的に９０度で配置されている。

【0020】

一実施形態によれば、燃料ノズルは、ノズル本体を備え、燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、燃料ノズル本体の第１端部の近くにあって第１外径を有する第１本体部分と、燃料ノズル本体の第２端部の近くにあって第２外径を有する第２本体部分と、を備え、第２外径は第１外径よりも小さい。

【0021】

一実施形態によれば、燃料ノズル本体は、燃料ノズル本体の第１端部と燃料ノズル本体の第２端部の間に配置された第２貫通孔を更に含む。第２貫通孔は燃料ノズル本体の第１端部の近くに第１部分を有し、第２貫通孔の第１部分は第１内径を有し、第２貫通孔は燃料ノズル本体の第２端部の近くに第２部分を有し、第２貫通孔の第２部分は第２内径を有し、第１内径は第２内径より大きい。

【0022】

一実施形態によれば、燃料ノズルはノズル本体を備え、燃料ノズル本体は、第１端部と、第２端部と、燃料ノズル本体の第１端部の近くにあって第１外径を有する第１本体部分と、燃料ノズル本体の第２端部の近くにあって第２外径を有する第２本体部分と、燃料ノズル本体の第１端部と燃料ノズル本体の第２端部との間にあって第３外径を有する第３本体部分とを備え、第１外径は第３外径より大きく、かつ第３外径は第２外径より大きい。

【0023】

一実施形態によれば、燃料ノズル本体は、燃料ノズル本体の第１端部と燃料ノズル本体の第２端部の間に配置された第２貫通孔を更に含む。第２貫通孔は燃料ノズル本体の第１端部の近くに第１部分を有し、第２貫通孔の第１部分は第１内径を有し、第２貫通孔は燃料ノズル本体の第２端部の近くに第２部分を有し、第２貫通孔の第２部分は第２内径を有し、第１内径は第２内径より大きい。

【0024】

一実施形態によれば、燃料ノズル本体はさらに、第１外側遷移面と、第２外側遷移面と、第１内側遷移面とを含む。第１外側遷移面は燃料ノズル本体の第１本体部分とノズル本体の第３本体部分との間に配置され、第２外側遷移面は燃料ノズル本体の第３本体部分とノズル本体の第２本体部分との間に配置され、第１内側遷移面は第２貫通孔の第１部分と、第２貫通孔の第２部分との間に配置される。

【0025】

上記の事柄は、添付の図面で示される本開示の以下の例示的実施形態のより具体的な説明により明らかとなるであろう。ここで、同様の参照符号は異なる図のすべてを通じて同一の部品を参照する。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例示することに力点が置かれている。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本開示によるバーナーアセンブリの正面図である。

【図2】本開示による、図１の線Ａ－Ａにほぼ沿った断面図である。

【図3A】本開示による燃料ノズルの側面図である。

【図3B】図２及び図３Ａに示す燃料ノズルの断面図である。

【図3C】図２及び図３Ａに示す燃料ノズルの正面図である。

【図4】本開示による、図１の線Ａ－Ａにほぼ沿った断面図である。

【図5A】本開示による燃料ノズルの側面図である。

【図5B】図５Ａに示す燃料ノズルの断面図である。

【図5C】図５Ａに示す燃料ノズルの正面図である。

【図6】本開示の実施形態による図４の燃料ノズルの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本開示は、一般に、ノズル混合酸素燃料燃焼を有するフォアハースバーナーアセンブリに関する。本明細書で議論するバーナーアセンブリは、ガスノズル、燃料管、燃料ノズルを含み、ガスノズルと燃料ノズルの配置は、第１ガスと第１燃料がアセンブリを出るまではその第１ガスと第１燃料を混合させないようになっている。さらに、本明細書で議論するバーナーアセンブリは、以前のフォアハースバーナーよりもより広いターンダウン範囲を有する。

【0028】

本開示の例示的実施形態の説明は以下の通りである。図に示すバーナーアセンブリは、上向きの方向に示されているが、図に示すアセンブリの説明は特定の方向に限ることを意図していない。

【0029】

図１を参照すると、これは本開示によるバーナーアセンブリ１００の正面図である。

【0030】

以下の説明は、図１及び図２に関するものである。図２は、図１の線Ａ－Ａにほぼ沿ったバーナーアセンブリ１００の断面図である。図２に示すように、バーナーアセンブリ１００には、本体１０２、ガスノズル１０４、燃料管１０６及び燃料ノズル１０８が含まれる。本体１０２には、第１開口１１０、第２開口１１２、空洞１１４及びガス入口１１６が含まれる。一例示的実施形態において、本体１０２はステンレス鋼で作られ、実質的に中空である。別の例示的実施形態では、本体１０２は３／４インチのステンレス鋼のＴ字管である。一例示的実施形態によれば、本体１０２は、逆「Ｔ」字型をしている。すなわち、第１開口１１０、第２開口１１２及びガス入口１１６が、空洞１１４によって接続された「Ｔ」字型の点を形成する、Ｔ接合部となっている。本体１０２の第１開口１１０は操作上ガスノズル１０４を受けるように配置され、第２開口１１２は、操作上燃料管１０６を受けるように配置され、ガス入口１１６はガス源（図示せず）、すなわち（図６に示す）第１ガス１１８の供給源、に操作上接続するように配置されている。第１開口１１０と第２開口１１２のそれぞれは、機械加工されたねじ山をその内周面に有する。これらのねじ山は、様々なスレッド数、すなわちインチ当たりのねじ山、を有することが可能であって、精度を犠牲にして安価に製造できる利点を有する低スレッド数から、製造コストが増加する不利はあるが高精度の利点を有する高スレッド数までの様々な形態を取り得る。

【0031】

開口は本体１０２の中心にあるように図示されているが、ガス入口１１６は、適切な容量の第１ガス１１８（図６に示す）を、本体１０２に、続いてガスノズル１０４内に提供するのに十分であれば、任意の形状を取り得ることを理解されたい。一例示的実施形態では、第１ガス１１８は酸素、又は大部分が酸素であるガス混合物である。他のガス状混合物、例えば、酸素、又は燃焼プロセスを支援するその他の任意のガス状酸化剤を含むガス状混合物も利用可能であることを理解されたい。

【0032】

ガスノズル１０４には第１端部１２０と第２端部１２２が含まれる。第１端部１２０は、機械加工されたねじ山をその外周面に有する。ガスノズル１０４の第１端部１２０の外周面上のねじ山は、本体１０２の第１開口１１０の内周面上のねじ溝と係合するようになっている。これらのねじ山は、様々なスレッド数、すなわちインチ当たりのねじ山、を有することが可能であって、精度を犠牲にして安価に製造できる利点を有する低スレッド数から、製造コストが増加する不利はあるが高精度の利点を有する高スレッド数までの様々な形態を取り得る。ガスノズル１０４の第２端部１２２は、第１開口１１０から本体１０２の第１の方向ＤＲ１に測った第１距離ＦＤにおいてガスノズルが終端する、すなわち終わるように構成されている。ガスノズル１０４の第１端部１２０の外周面上のねじ山は、正確な距離、すなわち第１開口１１０からの第１距離ＦＤを設定できるようになっていることを理解されたい。さらには、ガスノズル１０４は貫通孔、すなわちガスノズル１０４の第１端部１２０から第２端部１２２の全長にわたって延在するように配置された第１貫通孔１２４を更に含む。第１貫通孔１２４は、ガス入口１１６から本体１０２の空洞１１４に入る第１ガス１１８（図６に示す）が第１貫通孔１２４を通って第２端部１２２の外に流出することができるような、第１ノズル直径ＮＤ１を有する。第１ガス１１８（図６に示す）の流れは、０．５～１０．０フィート／秒の範囲内であるようにされる。

【0033】

燃料管１０６には第１端部１２６と第２端部１２８が含まれる。第１端部１２６には、機械加工されたねじ山を有する外周面がある。燃料管１０６の第１端部１２６の外周面上のねじ山は、本体１０２の第２開口１１２の内周面上のねじ溝と係合するようになっている。これらのねじ山は、様々なスレッド数、すなわちインチ当たりのねじ山、を有することが可能であって、精度を犠牲にして安価に製造できる利点を有する低スレッド数から、製造コストが増加する不利はあるが高精度の利点を有する高スレッド数までの様々な形態を取り得る。燃料管１０６はさらに、燃料管１０６の内部で、燃料管１０６の第１端部１２６と第２端部１２８の間に配置された第２貫通孔１３０を含む。さらに、燃料管１０６の第１端部１２６は、燃料源（図示せず）、例えば第１燃料１３２（図６に示す）の燃料源と流体連通するように配置されている。第１燃料１３２（図６に示す）は、メタン、プロパン、ブタン、水素、天然ガス、一酸化炭素、又は高温で自然発火可能な他の任意のガス状燃料、から選択可能である。第２貫通孔１３０は、第１燃料１３２（図６に示す）が第２貫通孔１３０を通って第２端部１２８から流出することができるように配置されている。燃料管１０６は、本体１０２の第２開口１１２に係合しているときは、実質的に本体１０２の空洞１１４内で、ガスノズル１０４と同軸に配置されるように意図されている。

【0034】

第２端部１２８はさらに位置決め部材１３４を含む。位置決め部材１３４は、燃料管１０６を第１貫通孔１２４の内周面に対して実質的に同軸に、懸架、配向及び／又は中心合わせするように意図されている。位置決め部材１３４は、燃料管１０６の外周面から半径方向外向きに延在する複数の支持部材を含み、その複数の支持部材のそれぞれが第１貫通孔１２４の内周面に接触、係合する。複数の支持部材としては、第１支持部材１３６、第２支持部材１３８（図１に示す）、第３支持部材１４０（図１に示す）、及び任選択により第４支持部材１４２がある。一例では、位置決め部材１３４が、３つの支持部材、すなわち第１支持部材１３６、第２支持部材１３８（図１に示す）、第３支持部材１４０（図１に示す）を含み、それぞれが燃料管１０６の外周面から半径方向に延在してかつ等間隔に離隔する、すなわち燃料管１０６の外周面の周りに互いに実質的に１２０度離隔する。一例では、位置決め部材１３４が、４つの支持部材、すなわち第１支持部材１３６、第２支持部材１３８（図１に示す）、第３支持部材１４０（図１に示す）及び第４支持部材１４２を含み、それぞれが燃料管１０６の外周面から半径方向に延在してかつ等間隔に離隔する、すなわち燃料管１０６の外周面の周りに互いに実質的に９０度離隔する。本明細書においては、燃料管１０６を第１貫通孔１２４の周りに実質的に同軸に懸架するのに十分な、半径方向に延在する支持部材の任意の構成が考えられることを理解されたい。

【0035】

さらには、燃料管１０６の第２端部１２８には、燃料ノズル１０８の燃料ノズル本体１４６を受けるように配置された開口、すなわち第３開口１４４がある。第３開口１４４は、後で議論するように、燃料ノズル本体１４６の第１端部１４８に係合するように配置された内周面がある。第３開口１４４の内周面は、そこに機械加工されたねじ山を有する。ここでも、これらのねじ山は、様々なスレッド数、すなわちインチ当たりのねじ山、を有することが可能であって、精度を犠牲にして安価に製造できる利点を有する低スレッド数から、製造コストが増加する不利はあるが高精度の利点を有する高スレッド数までの様々な形態を取り得る。このねじによる接続は、損傷した場合、又は異なるノズル径又はノズル長さを必要とする特定の用途の場合において、燃料ノズル１０８の交換を容易にすることを理解されたい。

【0036】

以下は、図２及び図３Ａ－３Ｃに関するものである。燃料ノズル１０８は燃料ノズル本体１４６（図３Ａに示す）を有する。燃料ノズル本体１４６（図３Ａに示す）は、第１端部１４８と第２端部１５０を有する。燃料ノズル本体１４６の第１端部１４８は、燃料管１０６の第２端部１２８の第３開口１４４に係合して取り外し可能に固定されるように構成されている。燃料ノズル本体１４６はさらに、燃料管１０６の第２貫通孔１３０に実質的に同軸の、第３貫通孔１５２を含む。後で議論するように、第３貫通孔１５２は、燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０で終端し、第２ノズル直径ＮＤ２を有する。第２ノズル直径ＮＤ２は、第１燃料１３２（図６に示す）が第２貫通孔１３０と第３貫通孔１５２を通って、燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０の外へ流れることができるように選択される。第１燃料１３２（図６に示す）の流速は、３０．０～３３０．０フィート／秒の範囲内であるように意図される。

【0037】

燃料ノズル本体１４６の第１端部１４８は燃料管１０６の第３開口１４４に係合する。燃料管１０６の第１端部１２６は本体１０２の第２開口１１２に係合する。燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０は、第１開口１１０から第２距離ＳＤを終端させる、すなわちそこで終わらせるように配置されている。一例示的実施形態では、第１距離ＦＤは第２距離ＳＤよりも小さい。すなわち、燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０は、ガスノズル１０４の第２端部１２２を越えて延在する。一例では、第２距離ＳＤは第１距離ＦＤよりも０．０～１．０インチだけ長い。この構成により、第１ガス１１８（図６に示す）と第１燃料１３２（図６に示す）の混合及び点火が、第１ガス１１８（図６に示す）と第１燃料１３２（図６に示す）の両方がバーナーアセンブリの外、すなわち近接する混合領域１７４（図６に示す）、に出るまで防止される。好適な実施形態においては、ガスノズル１０４と燃料ノズル１０８はステンレス鋼から製造されるか、ステンレス鋼の棒材を穿孔して機械加工されることを理解されたい。以前のフォアハースバーナーでは、より高温の操作温度への耐性から、インコネル（登録商標）材料が利用される。しかしながら本ノズルは、本バーナーアセンブリの利点により燃焼が実質的あるいは完全にガスノズル１０４の外側で発生するために、ステンレス鋼で製造することが可能である。一例示的実施形態では、ガスノズル１０４は３０３又は３０４グレードのステンレス鋼で作られ、燃料ノズルは３１０グレードのステンレス鋼で作られる。したがって、以前のアセンブリに対する１つの潜在的な利点は、鋼は入手及び加工が安価であるので、本開示で述べるアセンブリは以前のインコネル（登録商標）を用いるものより安価に製造されることである。

【0038】

図３Ａ～図３Ｃは、本開示による燃料ノズル１０８の、側面図、側断面図、及び正面図をそれぞれ示す。図３Ｃは燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０から見た図である。図３Ａ～図３Ｃからわかるように、燃料ノズル１０８の一実施例において、燃料ノズル本体１４６には、少なくとも第１本体部１５４と第２本体部１５６が含まれる。第１本体部１５４は、燃料ノズル本体１４６の第１端部１４８の近くに配置されて、第１外径ＯＤ１を有する。第２本体部１５６は、燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０の近くに配置されて、第２外径ＯＤ２を有する。第１本体部１５４と第２本体部１５６の間には、燃料ノズル本体１４６の外表面を第１外径ＯＤ１から第２外径ＯＤ２に遷移させる、第１外側遷移面１６４がある。

【0039】

燃料ノズル本体１４６の第３貫通孔１５２はさらに、第１部分１６０と第２部分１６２を含む。第３貫通孔１５２の第１部分１６０は燃料ノズル本体１４６の第１端部１４８の近くに配置され、第３貫通孔１５２の第２部分１６２は燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０の近くに配置される。第３貫通孔１５２の第１部分１６０は第１内径ＩＤ１（図示せず）を有し、第３貫通孔１５２の第２部分１６２は第２内径ＩＤ２（図示せず）を有する。第３貫通孔１５２の第１部分１６０と第２部分１６２の間には、第３貫通孔１５２の内表面を第１内径ＩＤ１（図示せず）から第２内径ＩＤ２（図示せず）に遷移させる第１内側遷移面１６８がある。

【0040】

図４は、本開示によるバーナーアセンブリ１００の例示的実施形態である。図４に示す実施形態は、いくつかの変更があるが、実質的に図２の実施形態と同じである。例えば、図４はガスノズル１０４の第１端部１２０は、前述した第１開口１１０の内周面内のねじの更なる回転係合を防止するように配置された停止部１７０を更に含むことができる。同様に、燃料管１０６の第１端部１２６もまた、前述した第２開口１１２の内周面のねじの更なる回転係合を防止するように配置された停止部１７０を有する。停止部１７０は、ガスノズル１０４と燃料管１０６の両方に対して正確な停止点を与え、第１距離ＦＤと第２距離ＳＤを高精度に設定可能とする。さらには、図には示していないが、ガスノズル１０４と第１開口１１０の間の接続、及び燃料管１０６と第２開口１１２の間の接続もねじ留め可能であることを理解されたい。また、図４は、ガスノズル１０４と燃料ノズル１０８が本体１０２の第１開口１１０から等距離で共に終端可能であって、第１距離ＦＤと第２距離ＳＤが実質的に等しいことを示している。この構成もまた、第１ガス１１８と第１燃料１３２がガスノズル１０４の外側で外部混合することを可能とする。

【0041】

図５Ａ～図５Ｃは、燃料ノズル本体１４６を有する燃料ノズル１０８の例示的実施形態を示す。図５Ａ～図５Ｃに示すように、燃料ノズル本体１４６は、第１本体部１５４、第２本体部１５６及び第３本体部１５８を含むことができる。第１本体部１５４は、燃料ノズル本体１４６の第１端部１４８の近くに配置されて、第１外径ＯＤ１を有する。第２本体部１５６は、燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０の近くに配置されて、第２外径ＯＤ２を有する。第３本体部１５８は、第１本体部１５４と第２本体部１５６の間に配置され、第３外径をＯＤ３有する。ＯＤ３はＯＤ１より小さく、ＯＤ２よりも大きい。第１本体部１５４と第３本体部１５８の間には、燃料ノズル本体１４６の外表面が第１外径ＯＤ１から第３外径ＯＤ３に遷移する第１外側遷移面１６４がある。第３本体部１５８と第２本体部１５６の間には、燃料ノズル本体１４６の外表面が第３外径ＯＤ３から第２外径ＯＤ２に遷移する第２外側遷移面１６６がある。

【0042】

さらに、燃料ノズル本体１４６の第３貫通孔１５２はさらに、第１部分１６０と第２部分１６２を含む。第３貫通孔１５２の第１部分１６０は燃料ノズル本体１４６の第１端部１４８の近くに配置され、第３貫通孔１５２の第２部分１６２は燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０の近くに配置される。第３貫通孔１５２の第１部分１６０は第１内径ＩＤ１（図示せず）を有し、第３貫通孔１５２の第２部分１６２は第２内径ＩＤ２（図示せず）を有する。第３貫通孔１５２の第１部分１６０と第２部分１６２の間には、第３貫通孔１５２の内表面を第１内径ＩＤ１（図示せず）から第２内径ＩＤ２（図示せず）に遷移させる第１内側遷移面１６８がある。

【0043】

図６は、図４に示すバーナーアセンブリ１００の操作中の部分断面図を示す。以下の実施例の説明は、図１～図６に関するものである。操作中は、ガス入口１１６に接続された第１ガス源が第１ガス１１８を提供し、それがガス入口１１６を通って、バーナーアセンブリ１００の本体１０２の空洞１１４に流入する。空洞１１４は第１ガス１１８を受け入れるのに十分な容積を有し、第１開口１１０を経由して第１ガスを燃料管１０６と燃料ノズル１０８が占める容積部分の周りに方向を変えてガスノズル１０４の第１端部１２０の中に送り、ガスノズル１０４の第１貫通孔１２４を通って、ガスノズル１０４の第２端部１２２の外へ送り出す。それと同時に、燃料管１０６に接続された燃料源（図示せず）が第１燃料１３２を供給する。第１燃料は、燃料管１０６の第１端部１２６から第２貫通孔１３０を通って燃料管１０６の第２端部１２８へ流れ、燃料ノズル１０８の第３貫通孔１５２に入って、混合領域１７４へ流出する。第１ガス１１８と第１燃料１３２が混合すると、混合領域１７４における温度がガス－燃料混合物の自然発火に十分であって、それによってバーナーアセンブリの燃焼１７６が発生する。重要なことは、外部混合領域１７４の位置により、複数の利点が実現されることである。まず、ガスはガスノズル１０４内部で混合しないので、この配置では、不着火／バックファイヤの発生が少ない。さらに、燃焼はバーナーアセンブリの外部で起きるので、ガスノズル１０４を含むアセンブリ全体が経験する操作温度が低く、アセンブリの全体的な故障率が低下する。図には示されていないが、点火装置を提供して、燃焼176が本明細書に記載のような自然発火に依存しないようすることも可能であることを理解されたい。

【0044】

上記のように、第１ガス１１８の流速は０．５～１０．０フィート／秒の範囲であるように意図されている。第１燃料１３２の流速は、１７．５～４５０．０フィート／秒の範囲内であるように意図されている。したがって、第１ガス１１８の流速と第１燃料１３２の流速の間には、１：３５～１：４５の比がある。この流速の違いによって、操作時により広範なターンダウン比が可能となる。例えば、３：１又は４：１に近い比である以前のバーナーに対比して１０：１が得られる。この流速の違いは、ガスノズル１０４の端部と燃料ノズル１０８の端部における直径の違いによるものである。第１燃料１３２の流速は、燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０の直径に依存する。第１ガス１１８の流速は、燃料ノズル本体１４６の第２端部１５０を差し引いたガスノズル１０４の第２端部１２２の直径に依存する。

【0045】

本明細書において本発明のいくつかの実施形態を説明、例示したが、当業者であれば、本明細書に記載の機能を遂行し、結果及び／又は１以上の利点を取得するための様々な他の手段及び／又は構造を容易に想起するであろう。そのような変形及び／又は変更は本明細書に記載の本発明の実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、本明細書に記載のすべてのパラメータ、寸法、材料及び構成は例示であることを意味し、実際の寸法、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するであろうことを当業者は容易に理解するであろう。当業者は、本明細書に記載の特定の本発明の実施形態に対する多くの等価物を認識し、又は通常の実験のみの使用でそれを確認することが可能であろう。したがって、上記の実施形態は、例示としてのみ提示されるものであり、また、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内において、本発明の実施形態は、具体的に記述、権利請求されたものとは違う形で実施され得ることを理解されたい。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載の各個別の特徴、システム、物品、材料及び／又は方法を対象とする。さらには、そのような特徴、システム、物品、材料及び／又は方法の２つ以上の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料及び／又は方法が相互に矛盾しなければ、本開示の発明範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】