JP2002177751A - 混合器及び該混合器を備えたガスバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧損の少ない状態でかつ短い距離で均一に混
合することのできる混合器を得る。 【解決手段】 第１の流体が流れる第１の管路１１中
に、流路の一部を遮蔽体１２ａ，１２ｂにより遮蔽する
ことにより流路面積が小さくされた部分Ｓが形成され、
第２の流体が流れる第２の管路には、第２の流体を流路
面積が小さくされた部分Ｓに噴出する第１の噴孔２２
と、遮蔽体１２ａ，１２ｂに向けて噴出する第２の噴孔
２３とが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は混合気に関し、好ま
しくは、気体と気体、例えば燃焼用空気と燃料ガスとを
圧損の少ない状態で均一に混合することを可能とする混
合器と、該混合器を備えたガス燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】同種又は異種の複数の流体同士を混合す
る混合器は種々の分野で用いられる。例えば、ガス燃焼
器では、燃料ガスとその数倍以上の体積の酸化剤（例え
ば、空気）とを混合する気・気混合器が用いられる。そ
のような混合器において、短い距離で均一な混合を得る
ために、大別して、図６、７、８に示すように３つの態
様の混合気が従来用いられている。

【０００３】図６は、ベルマウス型ミキサーやベンチュ
リー型ミキサーに代表される流路の絞りを利用した混合
器であり、第１の流体（例えば、空気）が流れる第１の
管路１には絞りとして機能する縮径部２が備えられでお
り、前記第１の管路１における該縮径部２の上流側には
第２の流体（例えば、燃料ガス）が噴出する第２の管路
５が、そのノズル部６を前記縮径部２の直下にくるよう
にして配置されている。ノズル部６から噴出する第２の
流体の流れにより生じる陰圧により、周囲の第１の流体
は第１の管路１内に引き込まれ、流速の違いに起因して
両者は乱流となり相互に混合する。

【０００４】図７は、第１の流体が流れる第１の管路１
内に、拡散板やブラフボディー４を配置したものであ
り、第１の管路１における該拡散板４の上流側に第２の
流体が噴出する第２の管路５が配置されている。第１の
流体は、図示しない吸引ファン又は送気ブロアにより第
１の管路１内に吸引又は送給され、第２の流体は第２の
管路５のノズル部６から前記拡散板４に向けて噴出す
る。第１の流体及び第２の流体は、共に前記拡散板４に
衝突することにより乱流となり相互に混合する。

【０００５】図８は、第１の流体の流れの中に第２の流
体を分散して供給する形態であり、第１の管路１内に、
複数個のノズル孔６を持つ第２の管路５が配置されてい
る。図７に示したものと同様に、第１の流体は吸引ファ
ン又は送気ブロアにより第１の管路１内に吸引又は送給
され、第２の流体は第２の管路５のノズル部６ａから分
散して噴出する。第１の流体及と第２の流体との混合箇
所が多くの箇所に分散することにより、２つの流体の混
合は促進される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した流路の絞
りを利用した形式の混合器の場合、及び、図７に示した
流路に拡散板を設置した形式の混合器の場合には、圧損
を伴う。一方、この形態の混合器において、短い距離で
良好な混合を得ようとすると、流路の絞りを小さくする
必要がある。そのためには、図６に示す形式の混合器で
は、前記縮径部２の直径を第１の管路１の直径から大き
く絞り込む必要があり、図７に示す形式の混合器では、
第１の管路１の断面積における前記拡散板４の占める面
積を大きくする必要がある。このことは、第１の流路１
での圧損を増大させることとなり、それに対処するため
に、吸引ファンや送気ブロアの能力の増大が必要とな
り、結果として流体騒音が増大する。従って、実際の混
合器においては、混合距離をある程度以下に短くするこ
とは困難であり、混合器のコンパクト化には限界があ
る。

【０００７】図８に示す形態の混合器の場合には、噴出
場所すなわち第２の管路５のノズル部６ａの数を多くす
ればするほど、混合距離を短くすることができる。しか
し、分散すればするほど、各ノズル部で必要な噴出流速
を確保するために、各ノズル寸法（噴出孔径）を小さく
することが必要となる。実機での混合器の場合、製作上
の問題や埃による目詰まりの心配などから、ノズル寸法
には自ずと限界があり、図６及び図７に示した混合器の
場合と同様に、混合器のコンパクト化には限界がある。

【０００８】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、低圧損でありながら短い距離で所
要の混合を達成することが可能であり、結果として従来
のものよりもコンパクト化することを可能とした混合器
を提供することにある。本発明の他の目的は、前記の混
合器を燃焼用ガス混合器として持つガスバーナを提供す
ることにある。

【０００９】

【発明を解決するための手段】本発明による混合器は、
第１の流体が流れる第１の管路中に、流路の一部を遮蔽
体により遮蔽することにより流路面積が小さくされた部
分が形成され、前記流路面積が小さくされた部分の上流
側には第２の流体が流れる第２の管路が配置され、該第
２の管路には、第２の流体を主に前記流路面積が小さく
された部分に噴出するための第１の噴孔又は噴孔群と、
主に前記遮蔽体に向けて噴出するための第２の噴孔又は
噴孔群とが形成されていることを特徴とする。

【００１０】本発明による混合器では、第１の管路にお
ける「流路面積が小さくされた部分」は従来の混合器で
の「流路の絞り部」として機能し、「遮蔽体」は「拡散
板」として機能する。従って、本発明による混合器で
は、第１の流体と第２の流体は、「流路の絞り部」を通
過することによる混合と、「拡散板」に衝突することに
よる混合との双方を同時に受けることとなる。

【００１１】そのために、「流路の絞り部」のみにより
第１の流体と第２の流体とを所定に混合する場合と比較
して、「流路面積が小さくされた部分」の有効面積を大
きなものとし、また、「拡散板」のみにより第１の流体
と第２の流体とを所定に混合する場合と比較して、「遮
蔽体」の有効面積を小さなものとしても、「流路面積が
小さくされた部分」より下流側において、前記所定の混
合状態を得ることが可能となり、結果として、本発明に
よる混合器は、圧損の少ない状態でかつ短い混合距離で
所定の混合流体を得ることができる。それにより、混合
器のコンパクト化も可能となる。

【００１２】本発明による混合器において、前記流路面
積が小さくされた部分を形成するための遮蔽体は、第１
の管路の周壁から内側に向けて延出するようにして形成
されていてもよく、第１の管路の中心域から周壁側に向
けて延出するようにして形成されていてもよい。

【００１３】また、本発明による混合器において、混合
される第１及び／又は第２の流体は、気体、液体、ある
いは、気体と液体の混合流などのいずれであっても、所
期の目的は達成される。好ましい態様においては、空気
と燃料ガスとの混合器であり、そこにおいて、第１の流
体は酸化剤としての空気であり、第２の流体は燃料ガス
である。また、本発明は、前記空気と燃料ガスとの混合
器を備えたガス燃焼器をも開示する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明による混合器及び該混合器を備えたガスバーナをより
詳細に説明する。図１は、本発明による混合器の一実施
の形態を示す図であり、図１ａは断面図、図１ｂは全体
の斜視図である。この混合器１０において、外筒１１
は、第１の流体が流れる第１の管路を形成するものであ
り、この例では、横断面が矩形状であり、上下端側を開
放している。外筒１１の対向する２つの側壁１１ａ，１
１ｂの一部は、互いに対向する位置において、内側に向
けた凹陥部１２ａ，１２ｂとされており、該凹陥部１２
ａ，１２ｂが、管路内の流路の一部を遮蔽する遮蔽体と
して機能することにより、その先端間に、本発明でいう
「流路面積が小さくされた部分」Ｓが形成される。

【００１５】外筒１１の前記流路面積が小さくされた部
分Ｓの下方、すなわち、流体の流れ方向上流側には、前
記凹陥部１２ａ，１２ｂと平行な方向に、管体２０が挿
通されており、該管体２０は第２の流体が流れる第２の
管路を形成する。管体２０の一端側は閉鎖され、他端側
２１は開放していて外筒１１の外側まで延出している。
管体２０の上面側、すなわち、前記流路面積が小さくさ
れた部分Ｓに面した側には、複数の第１の噴孔２２が２
列に形成されている。また、管体２０の両側面側、すな
わち、前記凹陥部１２ａ，１２ｂ側に対向している側に
も複数の第２の噴孔２３が形成され、各噴孔２３にはノ
ズル管２４が取り付けられている。該ノズル管２４の先
端は凹陥部１２ａ，１２ｂの先端下方位置よりさらに側
壁１１ａ，１１ｂ側まで達している。管体２０の上方と
下方には平板３１、３２が側壁１１ａ，１１ｂに平行に
取り付けてあり、整流板として機能する。

【００１６】上記の混合器１０の使用態様を、ガス燃焼
器における空気・ガス混合器として使用する場合を例と
して説明するが、これに限定されるものではない。外筒
１１は図示しない吸引ファン又は送気ブロアに接続して
おり、外筒１１内を空気が下から上に向けて流れる。管
体２０は図示しない燃料ガス源に接続しており、燃料ガ
スが供給され、前記第１及び第２の噴孔２２，２３から
噴出する。空気は凹陥部１２ａ，１２ｂの下方壁面に衝
突して乱流化すると共に、凹陥部１２ａ，１２ｂの先端
部間の領域である流路面積が小さくされた部分Ｓを加速
されながら通過する。

【００１７】管体２０に供給された燃料ガスの一部は前
記第１の噴孔２２から噴出し、一部は第２の噴孔２３か
ら噴出する。第１の噴孔２２から噴出した燃料ガスはそ
のまま上昇して前記流路面積が小さくされた部分Ｓを通
過していき、その過程で空気と混合する。第２の噴孔２
３から噴出した燃料ガスは、噴出後、前記凹陥部１２
ａ，１２ｂの下方の壁面に衝突した後、前記流路面積が
小さくされた部分Ｓを通過していは、その過程で空気と
混合する。

【００１８】上記のようであり、この混合器１０では、
酸化剤としての空気（第１の流体）と燃料ガス（第２の
流体）は、前記「流路面積が小さくされた部分」Ｓが存
在することにより、いわゆる「流路の絞り部」を通過す
ることによる混合が進行する一方において、凹陥部１２
ａ，１２ｂが存在することにより、いわゆる「拡散板」
に衝突することによる混合も同時に進行する。そのため
に、圧損の少ない状態でかつ短い混合距離で所定の混合
流体を得ることが可能であり、混合器のコンパクト化も
図られる。

【００１９】図２は、本発明による混合器の第２の実施
の形態を示している。この混合器１０ａは、第１の管路
内の流路の一部を遮蔽する遮蔽体が、第１の管路の中心
域から周壁側に向けて延出するようにして形成されてい
る点で、図１に示した混合器１０と相違している。すな
わち、この混合器１０ａにおいて、外筒１１ａは横断面
が矩形状の筒体であり、側壁はすべて平坦面であり、前
記凹陥部１２ａ，１２ｂを有しない。代わりに、外筒１
１ａ内には、遮蔽体５２と燃料ガス供給管体２０とが一
体に成形された構造体５０が取り付けられている。

【００２０】すなわち、構造体５０は、鏡面対称的に折
り曲げ加工された一対の金属板５０ａ，５０ｂを溶着な
どにより一体化して構成されている。各金属板５０ａ，
５０ｂは、前記遮蔽体５２の左半分及び右半分を構成す
る扁平凸状部５２ａ，５２ｂと、その下方に、前記燃料
ガス供給管体２０の左半分及び右半分を構成する半円凸
状部２０ａ，２０ｂとをそれぞれ有しており、扁平凸状
部５２ａ，５２ｂの突出距離は、半円凸状部２０ａ，２
０ｂの半径よりも長くされている。また、半円凸状部２
０ａ，２０ｂの上面側、すなわち、前記扁平凸状部５２
ａ，５２ｂに面した側には、複数の第２の噴孔２３が形
成されており、その側面側、すなわち、外筒１１ａの側
壁に面した側にも複数の第１の噴孔２２が形成されてい
る。従って、上記構造体５０を前記外筒１１ａ内に組み
付けることにより、図１に示した混合器１０と同様に、
上流側には燃料ガス供給管体２０が配置され、その下流
側に遮蔽体５２が配置されると共に、前記「流路面積が
小さくされた部分」Ｓは、外筒１１ａの対向する２枚の
側壁と扁平凸状部５２ａ，５２ｂの先端との間に、２つ
に分かれて所形成されることとなる。

【００２１】この混合器１０ａでは、外筒１１内を下か
ら上に向けて流れる空気は、扁平凸状部５２ａ，５２ｂ
の下方壁面に衝突して乱流化すると共に、扁平凸状部５
２ａ，５２ｂの先端部と外筒１１ａの側壁間の領域であ
る２つの流路面積が小さくされた部分Ｓを加速されなが
ら通過する。一方、管体２０に供給された燃料ガスの一
部は前記第１の噴孔２２から噴出し、一部は第２の噴孔
２３から噴出する。第１の噴孔２２から噴出した燃料ガ
スは側方に噴出した後に上向きに方向を変えて上昇し、
前記流路面積が小さくされた部分Ｓを通過していく。そ
の過程で空気と混合する。第２の噴孔２３から噴出した
燃料ガスは、そのまま上昇して扁平凸状部５２ａ，５２
ｂの下方の壁面に衝突した後、流れ方向を外筒１１ａの
側壁に変え、その後、前記流路面積が小さくされた部分
Ｓを通過していく。その過程で空気との混合は促進され
る。

【００２２】図３は、本発明による混合器の第３の実施
の形態を示している。この混合器１０ｂでは、外筒１１
の対向する２つの側壁１１ｃ，１１ｄに、前記内側に向
けた凹陥部１２ａ，１２ｂが形成されている。凹陥部１
２ａ，１２ｂの先端間に形成される「流路面積が小さく
された部分」Ｓの下方には、同様に、管体２０が挿通さ
れるが、この形態では、管体２０は前記凹陥部１２ａ，
１２ｂに交叉する方向に走るようになる。

【００２３】管体２０の前記流路面積が小さくされた部
分Ｓの下方位置となる部分には、第１の噴孔２２が形成
され、また、前記凹陥部１２ａ，１２ｂの下方位置とな
る部分には、第２の噴孔２３が形成されている。なお、
図示の例では、第１の噴孔２２は流体が下向きに噴出す
る位置に、第２の噴孔２３は流体が下向きに噴出する位
置にそれぞれ形成されているが、これに限るものではな
く、流体の噴出方向は任意であってよい。

【００２４】この混合器１０ｂでは、前記図１に示した
混合器の場合と同様に、外筒１１内を下から上に向けて
流れる空気は、空気は凹陥部１２ａ，１２ｂの下方壁面
に衝突して乱流化すると共に、凹陥部１２ａ，１２ｂの
先端部間の領域である流路面積が小さくされた部分Ｓを
加速されながら通過する。また、第１の噴孔２２から噴
出した燃料ガスはそのまま上昇して前記流路面積が小さ
くされた部分Ｓを通過していき、その過程で空気と混合
し、第２の噴孔２３から噴出した燃料ガスは前記凹陥部
１２ａ，１２ｂの下方の壁面に衝突した後、前記流路面
積が小さくされた部分Ｓを通過し、その過程で空気と混
合する。この混合器１０ｂでは、上記した混合器１０及
び１０ｂと比較して、構造が簡素化しており製造が容易
であるとともに、第１の噴孔２２から噴出した燃料ガス
の混合は一層良好になる利点がもたらされる。

【００２５】次に、本発明による混合器の具体的な効果
を、本発明者らが行ったシミュレーションによる結果を
示す図４及び図５を参照して説明する。図４（Ａ）〜
（Ｅ）は、本発明による混合器を等価的に置き換えた一
つのモデルによる第１の流体としての空気と第２の流体
としての燃料ガスとの混合状態を、燃料ガス濃度をパラ
メータとして示した図である。図において、ａは空気
（第１の流体）が流れる第１の管路、ｂは「遮蔽体」に
それぞれ相当する。従って、「遮蔽体」ｂから上の流路
が「流路面積が小さくされた部分」Ｓに相当することと
なる。また、ｃ及びｄは第２の管路に形成した第１の噴
孔と第２の噴孔に相当しており、ｃは燃料ガス（第２の
流体）を主に流路面積が小さくされた部分Ｓに噴出する
ための第１の噴孔に相当しており、ｄは遮蔽体に向けて
噴出するための第２の噴孔に相当している。なお、図示
のモデルでは、第２の管路それ自体は省略している。ま
た、図４（Ａ）〜（Ｄ）では、燃料ガスをすべて第２の
噴孔ｄから噴出させており、例えば、図６に示したよう
な従来の混合器の場合に相当する。

【００２６】図４（Ａ）〜（Ｅ）では、同じ流量比で空
気及び燃料ガスを混合器に流しており、図５に示すよう
に、図４（Ａ）〜（Ｄ）において、遮蔽体ｂの第１の管
路の面積に占める割合は（Ａ）→（Ｄ）の順で次第に増
大させている。その割合が大きくなるにつれて、流路面
積が小さくされた部分Ｓを通過後の混合気中における燃
料ガス濃度の低減速度が早くかつ濃度分布にバラツキが
なくなっており、よりよい混合状態になっているといえ
る。しかし、２つの流体の混合距離は短くなる一方にお
いて、遮蔽体ｂに起因する圧損は順次増大している。

【００２７】そこで、燃料ガスの一部を第１の噴孔ｃか
ら噴出させる。その状態が図４（Ｅ）に示される。な
お、図４（Ｅ）において、遮蔽体ｂの第１の管路の面積
に占める割合は図４（Ｂ）のものと同じとしている。図
４（Ｅ）に示される２つの流体の混合距離は図４（Ｄ）
に示されるものとほぼ同じであり、一方、図５に示すよ
うに圧損は当然に図４（Ｂ）の場合と同様となる。

【００２８】上記のシミュレーション結果は、第２の管
路から噴出する第２の流体（燃料ガス）を、第１の流体
（空気）が流れる第１の管路における流路面積が小さく
された部分に向かうものと、遮蔽体に衝突するものとに
分流して、第１の管路内に噴出させることにより、良好
な混合状態を短い距離でかつ圧損が小さい条件で達成可
能であることを示している。

【００２９】

【発明の効果】本発明による混合器によれば、圧損の少
ない状態でかつ短い混合距離で所定の混合流体を得るこ
とが可能となり、それにより、混合器のコンパクト化も
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による混合器の一実施の形態を示す図で
あり、図１ａは断面図、図１ｂは全体の斜視図。

【図２】本発明による混合器の他の実施の形態を示す図
であり、図２ａは断面図、図２ｂは全体の斜視図。

【図３】本発明による混合器のさらに他の実施の形態を
示す図であり、図３ａは断面図、図３ｂは全体の斜視
図。

【図４】本発明者らが行ったシミュレーションによる結
果を示す図。

【図５】本発明者らが行ったシミュレーションによる結
果により、遮蔽体の面積比と圧損との関係を示すグラ
フ。

【図６】従来の混合器の一形態を示す図であり、図６ａ
は断面図、図６ｂは全体の斜視図。

【図７】従来の混合器の他の形態を示す図であり、図７
ａは断面図、図７ｂは全体の斜視図。

【図８】従来の混合器のさらに他の形態を示す図であ
り、図８ａは断面図、図８ｂは全体の斜視図。

【符号の説明】

１０…混合器、１１…第１の管路を構成する外筒、１２
ａ，ｂ…遮蔽体を構成する凹陥部、２０…第２の管路を
構成する管体、２２…第１の噴孔、２３…第２の噴孔、
Ｓ…流路面積が小さくされた部分

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の流体が流れる第１の管路中に、流
   路の一部を遮蔽体により遮蔽することにより流路面積が
   小さくされた部分が形成され、前記流路面積が小さくさ
   れた部分の上流側には第２の流体が流れる第２の管路が
   配置され、該第２の管路には、第２の流体を主に前記流
   路面積が小さくされた部分に噴出するための第１の噴孔
   又は噴孔群と、主に前記遮蔽体に向けて噴出するための
   第２の噴孔又は噴孔群とが形成されていることを特徴と
   する混合器。
2. 【請求項２】 前記遮蔽体は第１の管路の周壁から内側
   に向けて延出するようにして形成されていることを特徴
   とする請求項１記載の混合器。
3. 【請求項３】 前記遮蔽体は第１の管路の中心域から周
   壁側に向けて延出するようにして形成されていることを
   特徴とする請求項１記載の混合器。
4. 【請求項４】 前記混合器は空気と燃料ガスとの混合器
   であり、前記第１の流体が空気であり、第２の流体が燃
   料ガスであることを特徴とする請求項１ないし３いずれ
   か記載の混合器。
5. 【請求項５】 請求項４記載の混合器を備えたガス燃焼
   器。